從理論上講，量子計(jì)算機(jī)可以找到經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要億萬年才能解決的問題的答案，但研究人員目前面臨著將其擴(kuò)展到實(shí)際應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)。最近，一家量子計(jì)算初創(chuàng)公司推出了首個(gè)用于控制量子處理器的數(shù)字超導(dǎo)微芯片，該公司表示，這可能有助于量子位發(fā)揮其超快和高效的潛力。

通過糾纏量子機(jī)械連接在一起的量子位越多，可以以指數(shù)方式進(jìn)行的計(jì)算就越多。谷歌、IBM和其他科技巨頭正在開發(fā)使用超導(dǎo)電路作為量子位的量子計(jì)算機(jī)，因?yàn)樵诓痪玫膶恚@種硬件似乎可以擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)量子位。

位于紐約州埃爾姆斯福德的量子計(jì)算初創(chuàng)公司Seeqc的工程副總裁Shu-Jen Han表示：“目前，IBM和谷歌正在為每個(gè)超導(dǎo)量子位使用直接控制方案，他解釋說，比絕對(duì)零度（-273.15°C）僅高出千分之幾度。

Han指出，這種方法面臨著許多缺點(diǎn)。首先，它的伸縮性很差，因?yàn)樗璧目刂凭€數(shù)量隨著量子位的數(shù)量線性上升。其次，所需的大量組件也會(huì)產(chǎn)生熱量，從而破壞量子位。第三，它使用對(duì)噪聲非常敏感的模擬控制信號(hào)。最后，當(dāng)信號(hào)在低溫下工作的量子處理器和通常在室溫下工作的控制電子設(shè)備之間來回穿梭時(shí)，這種策略通常會(huì)導(dǎo)致顯著的延遲。Han說，對(duì)于需要速度的關(guān)鍵量子計(jì)算操作（如糾錯(cuò)）來說，這種延遲可能是一個(gè)重大問題。

為了克服這些問題，Seeqc開發(fā)了一種用于控制量子處理器的新型微芯片。該設(shè)備基于一種稱為單通量量子邏輯技術(shù)的超導(dǎo)電子方法，該方法以單磁波動(dòng)的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。這種新設(shè)備在20millikelvin的條件下工作的速度高達(dá)40gigahertz。該公司表示，它與所有超導(dǎo)量子位類型以及自旋量子位等其他量子位平臺(tái)兼容。

SEEQC

新的控制微芯片在與超導(dǎo)量子位大致相同的低溫下工作，這使得Seeqc可以將其直接與量子處理器結(jié)合。這大大減少了在控制電子器件和量子位之間來回傳播的信號(hào)的延遲。

該公司表示，消除了對(duì)昂貴的室溫控制電子設(shè)備機(jī)架的需求，也將量子計(jì)算的成本和復(fù)雜性降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。Han補(bǔ)充道，減少控制量子位所需的電纜和其他組件的數(shù)量也意味著“系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量將大大降低，從而降低量子位的性能”。

此外，新芯片使用數(shù)字控制信號(hào)。Han指出，這些信號(hào)比模擬信號(hào)更能抵抗干擾和噪聲。新芯片包括一個(gè)多路分解器，可以將單個(gè)控制信號(hào)分配給多個(gè)量子位。Han說，這大大減少了控制線的數(shù)量，有助于解決尺度問題。

IBM和谷歌試圖改善對(duì)量子處理器控制的一種方法是使用低溫CMOS控制微芯片，這種芯片與Seeqc的設(shè)備一樣，在低溫下工作。然而，CMOS晶體管比超導(dǎo)電子器件產(chǎn)生更多的熱量。這意味著IBM和谷歌無法像Seeqc那樣將這些低溫CMOS微芯片與量子處理器直接集成。Han說，這些低溫CMOS器件還必須具有有限的電路復(fù)雜性，以避免產(chǎn)生過多的熱量。Han說，相比之下，Seeqc的設(shè)備速度是低溫CMOS技術(shù)的40倍，能效是低溫CMOS的1000倍。此外，他補(bǔ)充道，低溫CMOS微芯片仍然依賴于模擬控制信號(hào)，并且不能像Seeqc的芯片那樣進(jìn)行芯片上多路復(fù)用。

四月份，Seeqc公司推出了一款采用這種新型控制微芯片的量子處理器，作為意大利第一臺(tái)全堆疊量子計(jì)算機(jī)（https://www.businesswire.com/news/home/20230427005392/en/SEEQC-Unveils-Italy%E2%80%99s-First-Quantum-Computing-System）。Han表示，該公司希望這種新的控制策略有助于使量子計(jì)算更接近現(xiàn)實(shí)。Han說：“據(jù)信，建造一臺(tái)實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)需要10萬到100萬個(gè)物理量子位。我們正在通過解決規(guī)模問題為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)鋪平道路。”