首个单通量量子数字超导微芯片助于量子位发挥超快和高效潜力

从理论上讲，量子计算机可以找到经典计算机需要亿万年才能解决的问题的答案，但研究人员目前面临着将其扩展到实际应用的巨大挑战。最近，一家量子计算初创公司推出了首个用于控制量子处理器的数字超导微芯片，该公司表示，这可能有助于量子位发挥其超快和高效的潜力。

通过纠缠量子机械连接在一起的量子位越多，可以以指数方式进行的计算就越多。谷歌、IBM和其他科技巨头正在开发使用超导电路作为量子位的量子计算机，因为在不久的将来，这种硬件似乎可以扩展到数千个量子位。

位于纽约州埃尔姆斯福德的量子计算初创公司Seeqc的工程副总裁Shu-Jen Han表示：“目前，IBM和谷歌正在为每个超导量子位使用直接控制方案，他解释说，比绝对零度（-273.15°C）仅高出千分之几度。

Han指出，这种方法面临着许多缺点。首先，它的伸缩性很差，因为所需的控制线数量随着量子位的数量线性上升。其次，所需的大量组件也会产生热量，从而破坏量子位。第三，它使用对噪声非常敏感的模拟控制信号。最后，当信号在低温下工作的量子处理器和通常在室温下工作的控制电子设备之间来回穿梭时，这种策略通常会导致显著的延迟。Han说，对于需要速度的关键量子计算操作（如纠错）来说，这种延迟可能是一个重大问题。

为了克服这些问题，Seeqc开发了一种用于控制量子处理器的新型微芯片。该设备基于一种称为单通量量子逻辑技术的超导电子方法，该方法以单磁波动的形式对数据进行编码。这种新设备在20millikelvin的条件下工作的速度高达40gigahertz。该公司表示，它与所有超导量子位类型以及自旋量子位等其他量子位平台兼容。

SEEQC

新的控制微芯片在与超导量子位大致相同的低温下工作，这使得Seeqc可以将其直接与量子处理器结合。这大大减少了在控制电子器件和量子位之间来回传播的信号的延迟。

该公司表示，消除了对昂贵的室温控制电子设备机架的需求，也将量子计算的成本和复杂性降低了几个数量级。Han补充道，减少控制量子位所需的电缆和其他组件的数量也意味着“系统中产生的热量将大大降低，从而降低量子位的性能”。

此外，新芯片使用数字控制信号。Han指出，这些信号比模拟信号更能抵抗干扰和噪声。新芯片包括一个多路分解器，可以将单个控制信号分配给多个量子位。Han说，这大大减少了控制线的数量，有助于解决尺度问题。

IBM和谷歌试图改善对量子处理器控制的一种方法是使用低温CMOS控制微芯片，这种芯片与Seeqc的设备一样，在低温下工作。然而，CMOS晶体管比超导电子器件产生更多的热量。这意味着IBM和谷歌无法像Seeqc那样将这些低温CMOS微芯片与量子处理器直接集成。Han说，这些低温CMOS器件还必须具有有限的电路复杂性，以避免产生过多的热量。Han说，相比之下，Seeqc的设备速度是低温CMOS技术的40倍，能效是低温CMOS的1000倍。此外，他补充道，低温CMOS微芯片仍然依赖于模拟控制信号，并且不能像Seeqc的芯片那样进行芯片上多路复用。

四月份，Seeqc公司推出了一款采用这种新型控制微芯片的量子处理器，作为意大利第一台全堆叠量子计算机（https://www.businesswire.com/news/home/20230427005392/en/SEEQC-Unveils-Italy%E2%80%99s-First-Quantum-Computing-System）。Han表示，该公司希望这种新的控制策略有助于使量子计算更接近现实。Han说：“据信，建造一台实用的量子计算机需要10万到100万个物理量子位。我们正在通过解决规模问题为实现这一目标铺平道路。”

审核编辑：彭静