德國QSolid量子項(xiàng)目獲撥款8400萬美元 首批掩飾其將于2024年投入使用

北京時(shí)間3月10日消息（余予）QSolid合作項(xiàng)目的目標(biāo)是建立基于尖端德國技術(shù)的完整量子計(jì)算機(jī)，該項(xiàng)目剛剛啟動，聯(lián)邦教育和研究部已經(jīng)為其未來五年撥款7630萬歐元（8400萬美元）。該項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是高質(zhì)量（即錯(cuò)誤率低）的量子比特。在早期階段，這臺量子計(jì)算機(jī)將被集成到Forschungszentrum Jülich的超級計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施中，并且將包含幾個(gè)下一代超導(dǎo)量子處理器，其中包括已被證明計(jì)算能力超過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“moonshot”系統(tǒng)。第一臺演示器將于2024年年中投入使用，將能夠測試應(yīng)用程序以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)。

量子計(jì)算機(jī)有望在材料和藥物開發(fā)以及優(yōu)化交通管理解決方案方面取得突破。將來，它們在某些任務(wù)上的能力可能會大大超過傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)。然而，這項(xiàng)技術(shù)仍處于起步階段。盡管開發(fā)可用的量子計(jì)算機(jī)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，但它也提供了一個(gè)從一開始就制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)會。

Forschungszentrum Jülich超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的低溫設(shè)置和控制。（圖源：Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau）

專注于工業(yè)應(yīng)用

為了為商業(yè)化鋪平道路，25家領(lǐng)先的德國公司和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)加入QSolid合作項(xiàng)目。由Forschungszentrum Jülich協(xié)調(diào)的研究聯(lián)盟是德國同類研究中規(guī)模最大的。該項(xiàng)目的合作伙伴共同致力于為基于超導(dǎo)量子比特的演示器開發(fā)全面的生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將通過Jülich量子計(jì)算統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施 (JUNIQ) 向外部用戶開放，并根據(jù)他們的個(gè)人需求定制。

具有多種處理器的量子計(jì)算機(jī)

合作伙伴的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)包含多種量子處理器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于下一代超導(dǎo)電路并降低錯(cuò)誤率。這種方法被國際社會視為是最前沿的，同時(shí)它也被谷歌、IBM和英特爾等公司采用。這臺多處理器機(jī)器將位于Forschungszentrum Jülich，并行運(yùn)行至少三個(gè)不同的量子芯片：一個(gè)計(jì)算能力超過傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)的“moonshot”系統(tǒng)；一個(gè)專門為工業(yè)執(zhí)行量子計(jì)算而設(shè)計(jì)的特定應(yīng)用系統(tǒng)；以及優(yōu)先開發(fā)數(shù)字孿生和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)測試平臺。

Forschungszentrum Jülich可項(xiàng)目協(xié)調(diào)員Frank Wilhelm-Mauch 教授。（圖源：Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau）

專注于量子比特質(zhì)量

“我們的重點(diǎn)是提高量子比特的質(zhì)量，這是我們在QSolid各個(gè)層面上都追求的目標(biāo)，”Forschungszentrum Jülich的Frank Wilhelm-Mauch教授表示。量子比特易出錯(cuò)的特性是量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)癥結(jié)所在。用于存儲量子信息的量子態(tài)對外部影響的反應(yīng)極為敏感。它們通常在所有計(jì)算操作完成之前就中斷了。

“我們考慮的優(yōu)化是從錯(cuò)誤率特別低的下一代超導(dǎo)電路開始，例如，我們計(jì)劃使用高精度制造方法和新材料系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。其他基本要素包括量子比特的最佳控制，以及基于固件級別的人工智能 (AI) 的最先進(jìn)的錯(cuò)誤避免方法，QSolid的目標(biāo)是設(shè)定新標(biāo)準(zhǔn)，”Wilhelm-Mauch解釋稱。

研究機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

為了實(shí)現(xiàn)在德國制造獨(dú)立量子計(jì)算機(jī)的宏偉目標(biāo)，QSolid正匯集來自全國各地的研究機(jī)構(gòu)、公司和初創(chuàng)企業(yè)。來自Jülich的Peter Grünberg研究所的七個(gè)子研究所為該項(xiàng)目貢獻(xiàn)他們的專業(yè)知識；Jülich超級計(jì)算中心 (JSC)、中央工程、電子和分析研究所 (ZEA-2) 以及從Forschungszentrum Jülich分拆出來的Qruise也承擔(dān)了許多重要任務(wù)。其他提供寶貴專業(yè)知識的研究合作伙伴包括Fraunhofer IPMS和Fraunhofer IZM-ASSID、卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT)、耶拿萊布尼茨IPHT、國家計(jì)量研究所 (PTB)、CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik，以及烏爾姆大學(xué)、斯圖加特大學(xué)、柏林自由大學(xué)、康斯坦茨大學(xué)、科隆大學(xué)和杜塞爾多夫海因里希海涅大學(xué)。

建立全國供應(yīng)鏈

許多制造商和初創(chuàng)企業(yè)都參與了建立國家開發(fā)和供應(yīng)鏈的過程。ParityQC、HQS、Rosenberger HF-Technik、IQM、supracon、ParTec、Racyics、AdMOS、LPKF Laser & Electronics、Atotech、Atos science+computing ag、格芯（Globalfoundries）和蘇黎世儀器德國公司（Zurich Instruments Germany）作為項(xiàng)目合作伙伴參與其中，這讓他們有機(jī)會制定第一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并在早期階段開發(fā)這一技術(shù)的潛力。

Forschungszentrum Jülich的量子基礎(chǔ)設(shè)施

在開發(fā)其超導(dǎo)量子架構(gòu)時(shí)，QSolid可以借鑒包括Rami Barends教授在內(nèi)的多位專家的經(jīng)驗(yàn)，Ram​​i Barends教授于去年秋天從谷歌的研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)到Forschungszentrum Jülich。下一代量子處理器將主要在 Forschungszentrum Jülich的亥姆霍茲納米工廠制造。這個(gè)由亥姆霍茲協(xié)會運(yùn)營的1000平方米的潔凈室綜合體，配備了用于生產(chǎn)和表征量子組件的最先進(jìn)的設(shè)施。到2025年，一個(gè)額外的設(shè)施將以亥姆霍茲量子中心 (HQC) 的形式建造，這是一個(gè)專門為量子計(jì)算設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施。

到2024年的第一個(gè)系統(tǒng)

QSolid計(jì)劃中的第一批演示器原型正在耶拿的萊布尼茨IHPT生產(chǎn)，預(yù)計(jì)將于2024年投入運(yùn)營。超導(dǎo)電路生產(chǎn)線已經(jīng)在IHPT到位，并將被轉(zhuǎn)換成一條超導(dǎo)量子電路的試點(diǎn)生產(chǎn)線，作為QSolid項(xiàng)目的一部分。

為了幫助實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，已經(jīng)開展重要的前期工作。歐洲旗艦項(xiàng)目OpenSuperQ以及2021年啟動的DAQC和GeQcos合作項(xiàng)目成果將被納入QSolid的活動。

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