用光子量子芯片解决量子挑战
最新更新时间：2021-05-16
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来源：本文来源【allaboutcircuits】，谢谢
尽管对量子计算的研究正在蓬勃发展，虽然光子量子芯片可能会有所帮助，但仍有许多现实世界需要克服的挑战。
为了使当今的量子计算机正常运行，必须将它们与环境噪声隔离，并减少可能的错误，以延迟量子退相干并实现可行的计算。即使使用少量的量子位，要隔离它们，也需要大量的冷却，布线和屏蔽基础设施。
从一个频率到另一个频率的光子量子比特转换图（图片由 Philipp Treutlein提供）
公司正在测试其他自然现象，以寻求更稳定的技术，这些技术可能会导致实用的量子处理器设计来克服这些问题。
光子学是一种有前途的替代方法，因为光子可以代表量子位，并且与其他粒子相比，对环境的影响较小。
开发一百万量子位量子计算机
为了创新量子计算，Palo Alto的 PsiQuantum 是一家成立了四年的光子量子计算公司，该公司已经通过融资筹集了数百万美元，并且最近与GlobalFoundries达到了制造里程碑。
首席执行官Jeremy O'Brien表示，他们的目标是创建一个至少包含一百万个量子比特的商业量子计算系统，这表明他的公司将在数年内建成它。
测试PsiQuantum硅晶片。图片由 PsiQuantum提供
ErwinSchrödinger的共同创始人兼孙子Terry Rudolph补充说，它们的技术很重要，因为与其他粒子相比，它们的光子不会分解并且不会互相影响，从而消除了其他设计中存在的许多定时和串扰错误。他解释说，它们的容错体系结构不是附加功能，而是其设计的固有部分。
PsiQuantum的量子位使用沿着硅光子波导传播的单个光子进行编码，并使用基于半导体光子芯片的系统上的光学组件网络进行纠缠。据 Rudolph说，诸如PsiQuamtum的供应商GlobalFoundries之类的半导体工厂已经生产出具有数十亿个用于手机和计算机的晶体管的芯片，并且也应该能够处理数百万个量子比特的芯片。
即使对量子计算机进行了研究，仍然需要关注任何电子设备的最大挑战之一：温度。
室温量子计算
总部位于加拿大的 Xanadu成立于四年前，是另一家从事光子量子计算的公司。
Xanadu X8芯片的计算机生成表示形式。图片由Xanadu提供
Xanadu的X8芯片包含八个压缩的量子态，它与PsiQuantum的技术非常相似，是基于硅的，并且与当前基于纳米光子氮化硅波导的半导体制造方法兼容。
有趣的是，Xanadu的技术是其大多数硬件都在室温下运行，但不包括负责读取纠缠光子量子态的光子计数检测器。该公司首席执行官克里斯蒂安·韦德布鲁克（ Christian Weedbrook） 表示，他们目前正在测试不同类型的传感器，并且正朝着全室温量子计算机的方向发展，并提供与PsiQuantum相似的“几年”时间框架。
Xanadu还提供了IBM Quantum 和 Microsoft的Azure等云平台 。但是，这是第一个此类光子量子计算云平台。根据Weedbrook的说法，该公司让客户为云计算时间付费，物理学家和工程师已经很兴奋地试验和测试了真正的量子芯片。
开发光子量子芯片的意义
PsiQuantum和Xanadu的设计至关重要，因为它们的设计依赖于业已证明的半导体制造技术，从而确保EE工程师在使用和制造过程中都能更轻松地过渡到量子计算，从而实现快速测试和更轻松的开发。
尽管扩展该技术是一个挑战，但物理学家和工程师可能将相交的光子学与经典的半导体制造与量子计算完美地结合在一起。这项跨学科的研究可以消除温度和纠缠问题，并使量子位的数量更易于管理，以解决复杂的实际工程挑战，而不是精心设计的数学问题。
但是，这些公司是否实现其目标并将稳定的室温光子量子计算机推向世界市场，仍然是时间，机敏性以及量子力学定律所带来的任何局限性的问题。
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