可编程光学量子芯片后来居上

2021-03-22 14:00:27 来源: 半导体行业观察

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近来，加拿大一家量子计算机研发公司Xanadu和美国国家标准技术研究所（NIST）合作，造出了一个有8个量子的数字光学量子芯片。

造量子电脑芯片的核心部件——量子比特使用的材料和配套技术是现在量子电脑研究的关键之一，有的使用超导体，需要原子冷却到极低温的情形下，有的使用光子。每种技术各有优缺点。

光学量子芯片后来居上？

很长时间以来，光学量子芯片并不被看好。前几年IBM，Google等公司高调展示的几个量子芯片采用的都不是光学量子技术。

最近Xanadu公司开发的这款芯片，看起来获得了很大进展。《物理世界》（Physics World）杂志以“可编程光子芯片照亮量子计算机领域”为题介绍这项成果；科技艺术网（Ars Technica）评价说“光学量子电脑新技术克服了以前的局限性，看起来是个赢家。”

这个芯片采用了将光子送入微型回路进行“挤压”方式，称这样“其量子不确定被减小到最小程度”。

该公司介绍说，芯片由挤压器（Squeezers）、干涉仪（Interferometer）和光子探测器（Photon Detectors）三个单元构成。挤压器是输入单元，送入光子并进行“挤压”；干涉仪是逻辑运算单元；最后光子探测器是测量和输出的单元。

编程性能展示

这个芯片使用看起来类似Python的代码作为编程接口与硬件沟通。研究人员用它展示运行由简单到复杂的三个程序。

第一个程序最简单，模拟自己，展示在给定的时间内可以产生多少个不同的状态。现在任何一个量子芯片都可以做到这一点。第二个程序计算乙烯分子（两个碳原子和四个氢原子组成的化合物）的振动状态，之后再复杂一点，苯基乙烯基乙炔的振动状态。第三个程序计算2021年最受欢迎的新生儿名字。

这些程序是开发人员精心挑选，恰到好处地展示了这个只有8个数字的量子芯片的性能。

小巧的尺寸

很小的尺寸是这个芯片又一个亮点。公司展示的图片上看到，它只有不到一个手指尖的大小。

没有参与这项研究的同行东京大学物理学家武田顺太郎（Shuntaro Takeda，音译）说，以前使用挤压光子技术的实验，所需的镜子、透镜各种光学元件要好几张桌子才摆得下。他认为Xanadu造出这么小的芯片，为将来扩大规模奠定了必要的基础。

与云服务连接

另一位同行美国亚利桑那大学量子信息研究员张哲申（Zheshen Zhang，音译）说，以前类似的光学量子芯片不能同时执行来自不同用户的任务，这款芯片能够同时进行多项运算，是一大进步。此外，Xanadu的芯片还可以与云服务连接，这是又一个优势。

研究组表示，目前由于工艺上的困难，不少光子在通过芯片的过程中损失。这将是他们改进的方向。要造出能和现代电脑具有可比性规模的量子电脑，还有很多的工作要做。

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