據科技日報2月6日消息，加拿大Xanadu量子技術公司開發出全球首台可擴展光量子計算機原型。該公司在最新一期《自然》雜誌上發表文章詳細介紹了其設計和構建過程，並展示了該原型機如何能夠靈活擴展至所需規模。這項突破為(wei) 未來大規模量子計算的發展奠定了重要基礎。

研究人員采用了模塊化設計理念來構建這台量子計算機。初始階段，他們(men) 構建了一個(ge) 包含少量量子位的基本單元，適用於(yu) 最基礎的應用場景。隨著需求增長，可以通過添加更多相同類型的單元來擴展計算能力。這些單元通過網絡協同工作，共同構成一台大型計算機。每個(ge) 新增的單元或量子服務器機架都會(hui) 增加整體(ti) 處理能力。

係統和主要模塊示意圖。（圖片來源：英國《自然》雜誌）

研究人員指出，數千個(ge) 這樣的單元可以通過光纖電纜連接，從(cong) 而創建具有巨大處理能力的大型量子計算機。由於(yu) 整個(ge) 係統基於(yu) 光子技術，因此無需將光子組件與(yu) 傳(chuan) 統電子組件結合使用。

為(wei) 了驗證這一理念，研究人員構建了一個(ge) 由四個(ge) 服務器機架組成的原型係統。該係統用84個(ge) 壓縮器，形成了一個(ge) 擁有12個(ge) 物理量子位的計算機。其中，第一個(ge) 機架配置了輸入激光器，而其他三個(ge) 機架則包含了五個(ge) 主要子係統：量子位生成源、量子位存儲(chu) 緩衝(chong) 區、用於(yu) 提高質量和產(chan) 生糾纏態的優(you) 化係統、輔助糾纏和聚類的路由係統，以及執行最終計算任務的量子處理單元。特別的是，由於(yu) 係統完全基於(yu) 光子技術，所以它能夠在室溫下運行，不需要冷卻設備。

研究人員通過創建一種獨特的糾纏態，測試了係統的性能。實驗結果令人滿意，表明該係統不僅(jin) 能執行複雜的大型計算任務，而且具備高度的容錯性。該成果不僅(jin) 展示了量子計算的巨大潛力，還為(wei) 未來技術發展提供了新的方向和可能性。

Xanadu表示，量子計算機一直麵臨(lin) 提高性能(糾錯和容錯)、可擴展性(網絡)兩(liang) 大問題，現在他們(men) 已經解決(jue) 了後者。

Aurora光量子計算機采用模塊化設計，配備35顆光子芯片，連接光纖長度達13公裏，它們(men) 分為(wei) 四個(ge) 相似的單元，分布在4台機架服務器上，可實現光互聯與(yu) 聯網。

通過光纖互連聯網，多達84個(ge) 壓縮器、36個(ge) 光子數分辨探測器，能在每個(ge) 時鍾周期提供12個(ge) 物理光子量子比特模式。

他們(men) 計劃2029年建立第一個(ge) 量子數據中心，包含數千台服務器、100萬(wan) 個(ge) 量子比特。

圖片來源：視覺中國-VCG41N1309760279

另外，美國PsiQuantum、法國Quandela等也都在研究光量子計算機。

據科普中國，2023年10月11日，國際知名物理學術期刊《物理評論快報》刊登了中國研究團隊在光量子計算領域的最新研究成果。

來自中國科學技術大學中國科學院量子信息與(yu) 量子科技創新研究院的潘建偉(wei) 、陸朝陽、劉乃樂(le) 等人組成的光量子計算研究團隊，與(yu) 中國科學院上海微係統所、國家並行計算機工程技術研究中心共同合作，成功構建了255個(ge) 光子的光量子計算原型機“九章三號”，再次刷新了光量子計算機中可控光子數目的世界紀錄。

“九章三號”的《物理評論快報》期刊封麵（圖片來源：《物理評論快報》網站）

“九章三號”是在之前“九章”係列光量子計算原型機的基礎上，進一步發展成熟而來的最新型號，代表了當前光量子計算領域的最高技術水平。

研究結果表明，相較於(yu) 之前僅(jin) 有113個(ge) 光子操縱能力的“九章二號”量子計算原型機，具有255個(ge) 光子的“九章三號”在處理“高斯玻色采樣”這一特定的複雜問題上，運算速度提升了大約一百萬(wan) 倍。

因此，“九章三號”不僅(jin) 提高了光量子計算機求解複雜問題的能力，還創造了量子計算優(you) 越性的最新世界紀錄，為(wei) 最終研製真正實用化的通用量子計算機提供了堅實的技術支撐。

光量子也稱為(wei) 光子，能夠以光速來傳(chuan) 遞電磁相互作用，其最早在1905年由阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）提出，並且在1926年被美國科學家吉爾伯特·路易士（Gilbert Lewis）正式命名。

現今生活中，我們(men) 所接觸到的電腦和計算器等電子設備，仍然屬於(yu) 經典計算機的範疇。隨著經典計算機的算力不斷接近摩爾定律的極限，隻是單純增加經典計算機的處理器數量，越來越難以適應未來龐大的數據運算需求。

而量子計算機不同於(yu) 經典計算機，它采用量子力學理論中的並行計算特性，來擁有更加高效的運算性能。

每日經濟新聞綜合科技日報、科普中國