量子计算芯片研发进展

MY夢影档案室 2024-08-30 09:08:36

在当今科技飞速发展的时代,量子计算作为一项具有颠覆性潜力的技术,正吸引着全球科研界和产业界的高度关注。而量子计算芯片作为量子计算系统的核心部件,其研发进展更是决定着量子计算技术能否走向广泛应用的关键。

近年来,量子计算芯片的研发取得了诸多令人瞩目的成果。从不同的技术路径来看,多种类型的量子计算芯片都展现出了强劲的发展势头。

超导量子计算芯片方面,科研团队不断取得突破。例如,中国科学院量子信息与量子科技创新研究院向国盾量子交付的 504 比特超导量子计算芯片“骁鸿”。这款芯片刷新了国内超导量子比特数量的纪录,在集成超过 500 比特的同时,量子比特的寿命、门保真度、门深度、读取保真度等关键指标,有望达到 IBM 等国际主流量子计算云平台的芯片性能,充分满足了千比特测控系统验证的需求。并且,量子创新院超导量子计算团队还在研发比特质量更高的超导量子计算芯片,朝着实现容错量子计算的目标攻坚。

光量子计算芯片也成绩斐然。国防科技大学计算机学院 Quanta 团队联合军事科学院、中山大学等国内外单位,研发成功新型可编程硅基光量子计算芯片。该芯片具有诸多优势,如提出可动态编程实现多粒子量子漫步的光量子芯片结构,能够对量子漫步演化时间、哈密顿量、粒子全同性、粒子交换特性等要素进行完全调控,实现不同参数的量子漫步过程,从而支持运行一系列基于量子漫步模型的量子算法。通过采用硅基集成光学技术,设计实现了可编程光量子计算芯片,且芯片上集成了纠缠光子源、可配置光学网络等,通过电学调控片上元件实现对光量子态的操控,从而实现量子信息的编码和量子算法的映射,具有高集成度、高稳定性、高精确度等优势。通过对所研制光量子计算芯片的编程运行,成功演示了顶点搜索、图同构等图论问题量子算法的求解,随着芯片规模和光子数目的增加,芯片可支持实现的图问题规模将快速增长。

除了上述两种主要类型的芯片,离子阱量子计算芯片、半导体量子计算芯片等也都在各自的研发道路上不断前进。科研人员们致力于提高芯片的量子比特数量、操控精度、稳定性以及降低噪声等关键指标,以提升量子计算芯片的性能和实用性。

在国际上,各国也都在积极投入量子计算芯片的研发。美国麻省理工学院(MIT)的研发人员曾研制出一款量子计算原型芯片,将用于实现量子位元的离子阱和激发量子态的激光光路集成在一起,在量子计算的前进道路上迈出了重要一步。瑞典的查尔姆斯理工大学获得追加资金用于建造量子计算机,其量子计算机的量子比特数量也在不断提升,计划到 2026 年升级到 40 个量子比特,2029 年达到 100 个量子比特。芬兰的 VTT 技术研究中心分拆出的 Semiqon 公司,正在利用新创建的半导体量子比特技术开发价格更实惠、可扩展性更强的量子计算机。

然而,量子计算芯片的研发仍然面临着诸多挑战。例如,如何进一步提高量子比特的质量和数量,如何解决量子比特之间的相互干扰问题,如何降低芯片的制造成本以及提高芯片的可靠性和稳定性等。这些都是科研人员需要持续攻克的难题。

尽管面临挑战,但量子计算芯片的研发前景依然十分广阔。随着技术的不断进步,量子计算芯片有望在未来的多领域发挥重要作用,如在大数据处理、人工智能、药物研发、材料科学等领域展现出巨大的应用潜力。量子计算芯片的研发进展不仅将推动量子计算技术的发展,也将为人类社会的科技进步和产业升级带来新的机遇和变革。我们期待着在科研人员的不懈努力下,量子计算芯片能够不断取得新的突破,早日实现量子计算技术的广泛应用。

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