百萬(wàn)量子比特量子計(jì)算？ SEEQC正計(jì)劃如何擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)

北京時(shí)間1月14日消息（余予）盡管聽到突破性的127 量子比特量子計(jì)算機(jī)或到2023年有望實(shí)現(xiàn)1000量子比特的消息令人興奮，但現(xiàn)實(shí)情況是，量子計(jì)算仍然不是一種主流計(jì)算技術(shù)，無(wú)法產(chǎn)生大規(guī)模、明顯和即時(shí)影響的改變現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)果。

量子計(jì)算仍有很多希望、潛力和未來(lái)。

這是總部位于紐約的量子計(jì)算公司SEEQC尋求改變的。它正面臨一場(chǎng)艱苦的戰(zhàn)斗。

該公司正在構(gòu)建一臺(tái)專用的一次性量子計(jì)算機(jī)，其方式與創(chuàng)建第一臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的方式大致相同，目的是做一件事，比如在火箭技術(shù)的早期導(dǎo)彈軌跡計(jì)算。其中一個(gè)名為QPharma的項(xiàng)目是該公司與默克（Merck）和其他合作伙伴的合資項(xiàng)目，旨在構(gòu)建用于藥物研究的量子計(jì)算機(jī)。該公司使用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)本質(zhì)上是將經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)合并在稀釋冰箱中，量子計(jì)算機(jī)需要達(dá)到其最佳工作溫度（在絕對(duì)零度附近）。其目標(biāo)是減少外部量子計(jì)算機(jī)控制機(jī)制所需的指令和數(shù)模轉(zhuǎn)換的往返，并在量子計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行讀出、控制甚至潛在的糾錯(cuò)。

其使用的芯片速度驚人，在30到40 GHz，能夠在極低溫度下運(yùn)行以避免破壞量子比特的穩(wěn)定性。

也許SEEQC正在做的最具挑戰(zhàn)性的工作是尋找將量子計(jì)算機(jī)擴(kuò)展多個(gè)數(shù)量級(jí)的方法。

“我們真正關(guān)注的是如何擴(kuò)大量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模，”SEEQC首席執(zhí)行官John Levy最近在TechFirst播客上表示，“盡管IBM將達(dá)到一千或數(shù)千個(gè)量子比特……但問題是我們?nèi)绾芜_(dá)到一萬(wàn)、十萬(wàn)、一百萬(wàn)個(gè)量子比特，以便我們能夠真正將量子計(jì)算機(jī)的復(fù)雜性提升到公司所關(guān)心的問題的程度。”

John Levy，SEEQC首席執(zhí)行官（圖源：SEEQC官網(wǎng)）

“這就是我們正在做的事情。”

這從使用SEEQC的代工廠以近乎實(shí)時(shí)的方式設(shè)計(jì)和制造芯片開始——想想每周迭代一次——公司可以混合和匹配各種需求，例如運(yùn)行量子變分特征求解器或量子近似優(yōu)化算法。這得益于該公司是Hypres衍生公司，后者超導(dǎo)集成電路并將其商業(yè)化。

但對(duì)于Levy來(lái)說(shuō)，重要的不僅僅是構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的量子組件，即量子比特本身；同樣重要的是，將它們有效地集成到計(jì)算環(huán)境中，使我們能夠?qū)嶋H解決問題和使用洞察力。

聽聽這篇文章背后的采訪：

“如果你看看超導(dǎo)計(jì)算機(jī)……你會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)栽谔幚肀仨氜D(zhuǎn)換為數(shù)字并返回模擬的模擬信號(hào)，從低溫到環(huán)境再到低溫。有很多潛伏期，使用起來(lái)非常困難，” Levy 表示，“但我們習(xí)慣于使用計(jì)算機(jī)，真正的計(jì)算機(jī)都是基于芯片的。所以我們的芯片基于一種叫做單通量量子的東西，它與CMOS不同，它更快、更安靜、能量更低，使我們能夠?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)構(gòu)建功能芯片，執(zhí)行諸如讀出和控制、最終糾錯(cuò)、協(xié)同處理等操作，它們都在同一個(gè)稀釋冰箱中，且都是芯片級(jí)的。”

這與芝加哥大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家和物理學(xué)家最近展示的方法類似——并在2021年IEEE量子計(jì)算與工程國(guó)際會(huì)議上獲得了最佳論文獎(jiǎng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種方法的結(jié)果是量子操作具有更好的可擴(kuò)展性和更低的錯(cuò)誤率。

“我們知道，為了擴(kuò)展大型復(fù)雜系統(tǒng)，我們必須將它們縮減為一系列芯片......它必須發(fā)生，”Levy表示。

根據(jù)SEEQC的說(shuō)法，這有可能做的是將量子計(jì)算從相當(dāng)于Werner Braun V2火箭的計(jì)算量轉(zhuǎn)移到更像SpaceX的東西上：可擴(kuò)展性、可重復(fù)性和更低的成本。

更低的成本。

成本降低多達(dá)97%。

“目前，構(gòu)建一個(gè)量子比特的成本……帶有讀出、控制、可調(diào)諧耦合器……每個(gè)量子比特的成本約為10000 美元，”Levy稱，“不久前，成本大約在40000美元。所以這是一個(gè)真正的進(jìn)步。但是想象一下，你可以用五六個(gè)芯片，或者類似的東西來(lái)完成所有這些，并且可以多路復(fù)用到很多量子比特。構(gòu)建一套可以在6英寸和8英寸晶圓上制造的這類芯片的成本并不多，在那里你會(huì)得到很多這樣的芯片。”

經(jīng)過進(jìn)一步詢問，Levy告訴我，“不多”是指每個(gè)量子比特在“數(shù)百”美元。

這是一個(gè)重要的游戲規(guī)則改變者。

雖然有傳言稱，深圳量旋科技（SpinQ Technology ）將推出一款非常基礎(chǔ)的量子計(jì)算機(jī)，售價(jià)5000美元左右，但這實(shí)際上是一款為高中設(shè)計(jì)的兩個(gè)量子比特的玩具，甚至無(wú)法達(dá)到典型的經(jīng)典計(jì)算速度。在工業(yè)或大學(xué)環(huán)境中實(shí)際使用的“真正的”量子計(jì)算機(jī)要花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元。例如，D-Wave在2017年以1500萬(wàn)美元的價(jià)格出售了一款特定的量子計(jì)算機(jī)模型，但現(xiàn)在的重點(diǎn)是讓量子計(jì)算云可以訪問，所以您可以啟動(dòng)量子處理，就像在亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Amazon Web Services） 上啟動(dòng)一個(gè)新節(jié)點(diǎn)一樣。

讓量子計(jì)算變得實(shí)惠是使其有用的關(guān)鍵一步。

Levy表示，雖然SEEQC今天正在制造特定用途的機(jī)器，但其最終目標(biāo)是通用量子計(jì)算機(jī)。而這需要規(guī)模，這與基于代工廠的量子計(jì)算機(jī)制造方法非常吻合。

“我們知道，為了擴(kuò)大大型復(fù)雜系統(tǒng)，我們必須將它們縮減為一系列芯片，”Levy表示，“它必須發(fā)生。”

它會(huì)起作用嗎？

只有時(shí)間會(huì)給出答案。SEEQC公司人脈廣泛， 其在美國(guó)、英國(guó)和意大利的業(yè)務(wù)獲得了多項(xiàng)撥款，總額達(dá)數(shù)百萬(wàn)美元。它有一個(gè)人脈廣泛、擁有有用的技術(shù)的母公司，它所在的行業(yè)在2021年增長(zhǎng)迅速，預(yù)計(jì)2022 年將繼續(xù)增長(zhǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域包括人工智能、自然語(yǔ)言處理和密碼學(xué)。

但它也面臨著來(lái)自霍尼韋爾、IBM、谷歌和英特爾等公司的激烈碰撞。尖端技術(shù)往往會(huì)讓發(fā)明它的公司流血。

Levy 認(rèn)為他們會(huì)這樣做，但他不認(rèn)為SEEQC的方法是唯一可行的方法。

“在接下來(lái)的三到五年內(nèi)……你將看到建立在這個(gè)平臺(tái)和其他可擴(kuò)展平臺(tái)上的量子計(jì)算機(jī)，”他說(shuō)， “我認(rèn)為你會(huì)看到基于光子學(xué)的產(chǎn)品，你會(huì)從我們那里看到，你也會(huì)看到一個(gè)超導(dǎo)電子學(xué)的……超導(dǎo)量子比特版本。”

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