百万量子比特量子计算？ SEEQC正计划如何扩展量子计算机

北京时间1月14日消息（余予）尽管听到突破性的127 量子比特量子计算机或到2023年有望实现1000量子比特的消息令人兴奋，但现实情况是，量子计算仍然不是一种主流计算技术，无法产生大规模、明显和即时影响的改变现实世界的结果。

量子计算仍有很多希望、潜力和未来。

这是总部位于纽约的量子计算公司SEEQC寻求改变的。它正面临一场艰苦的战斗。

该公司正在构建一台专用的一次性量子计算机，其方式与创建第一台经典计算机的方式大致相同，目的是做一件事，比如在火箭技术的早期导弹轨迹计算。其中一个名为QPharma的项目是该公司与默克（Merck）和其他合作伙伴的合资项目，旨在构建用于药物研究的量子计算机。该公司使用的一项关键技术本质上是将经典计算机和量子计算机合并在稀释冰箱中，量子计算机需要达到其最佳工作温度（在绝对零度附近）。其目标是减少外部量子计算机控制机制所需的指令和数模转换的往返，并在量子计算机内部进行读出、控制甚至潜在的纠错。

其使用的芯片速度惊人，在30到40 GHz，能够在极低温度下运行以避免破坏量子比特的稳定性。

也许SEEQC正在做的最具挑战性的工作是寻找将量子计算机扩展多个数量级的方法。

“我们真正关注的是如何扩大量子计算机的规模，”SEEQC首席执行官John Levy最近在TechFirst播客上表示，“尽管IBM将达到一千或数千个量子比特……但问题是我们如何达到一万、十万、一百万个量子比特，以便我们能够真正将量子计算机的复杂性提升到公司所关心的问题的程度。”

John Levy，SEEQC首席执行官（图源：SEEQC官网）

“这就是我们正在做的事情。”

这从使用SEEQC的代工厂以近乎实时的方式设计和制造芯片开始——想想每周迭代一次——公司可以混合和匹配各种需求，例如运行量子变分特征求解器或量子近似优化算法。这得益于该公司是Hypres衍生公司，后者超导集成电路并将其商业化。

但对于Levy来说，重要的不仅仅是构建量子计算机的量子组件，即量子比特本身；同样重要的是，将它们有效地集成到计算环境中，使我们能够实际解决问题和使用洞察力。

听听这篇文章背后的采访：

“如果你看看超导计算机……你会发现，我们仍在处理必须转换为数字并返回模拟的模拟信号，从低温到环境再到低温。有很多潜伏期，使用起来非常困难，” Levy 表示，“但我们习惯于使用计算机，真正的计算机都是基于芯片的。所以我们的芯片基于一种叫做单通量量子的东西，它与CMOS不同，它更快、更安静、能量更低，使我们能够为量子计算机构建功能芯片，执行诸如读出和控制、最终纠错、协同处理等操作，它们都在同一个稀释冰箱中，且都是芯片级的。”

这与芝加哥大学的计算机科学家和物理学家最近展示的方法类似——并在2021年IEEE量子计算与工程国际会议上获得了最佳论文奖。

研究人员发现，这种方法的结果是量子操作具有更好的可扩展性和更低的错误率。

“我们知道，为了扩展大型复杂系统，我们必须将它们缩减为一系列芯片......它必须发生，”Levy表示。

根据SEEQC的说法，这有可能做的是将量子计算从相当于Werner Braun V2火箭的计算量转移到更像SpaceX的东西上：可扩展性、可重复性和更低的成本。

更低的成本。

成本降低多达97%。

“目前，构建一个量子比特的成本……带有读出、控制、可调谐耦合器……每个量子比特的成本约为10000 美元，”Levy称，“不久前，成本大约在40000美元。所以这是一个真正的进步。但是想象一下，你可以用五六个芯片，或者类似的东西来完成所有这些，并且可以多路复用到很多量子比特。构建一套可以在6英寸和8英寸晶圆上制造的这类芯片的成本并不多，在那里你会得到很多这样的芯片。”

经过进一步询问，Levy告诉我，“不多”是指每个量子比特在“数百”美元。

这是一个重要的游戏规则改变者。

虽然有传言称，深圳量旋科技（SpinQ Technology ）将推出一款非常基础的量子计算机，售价5000美元左右，但这实际上是一款为高中设计的两个量子比特的玩具，甚至无法达到典型的经典计算速度。在工业或大学环境中实际使用的“真正的”量子计算机要花费数百万美元。例如，D-Wave在2017年以1500万美元的价格出售了一款特定的量子计算机模型，但现在的重点是让量子计算云可以访问，所以您可以启动量子处理，就像在亚马逊网络服务（Amazon Web Services） 上启动一个新节点一样。

让量子计算变得实惠是使其有用的关键一步。

Levy表示，虽然SEEQC今天正在制造特定用途的机器，但其最终目标是通用量子计算机。而这需要规模，这与基于代工厂的量子计算机制造方法非常吻合。

“我们知道，为了扩大大型复杂系统，我们必须将它们缩减为一系列芯片，”Levy表示，“它必须发生。”

它会起作用吗？

只有时间会给出答案。SEEQC公司人脉广泛， 其在美国、英国和意大利的业务获得了多项拨款，总额达数百万美元。它有一个人脉广泛、拥有有用的技术的母公司，它所在的行业在2021年增长迅速，预计2022 年将继续增长，其应用领域包括人工智能、自然语言处理和密码学。

但它也面临着来自霍尼韦尔、IBM、谷歌和英特尔等公司的激烈碰撞。尖端技术往往会让发明它的公司流血。

Levy 认为他们会这样做，但他不认为SEEQC的方法是唯一可行的方法。

“在接下来的三到五年内……你将看到建立在这个平台和其他可扩展平台上的量子计算机，”他说， “我认为你会看到基于光子学的产品，你会从我们那里看到，你也会看到一个超导电子学的……超导量子比特版本。”

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