長期以來，量子計(jì)算一直被譽(yù)為釋放前所未有的計(jì)算性能的下一項(xiàng)技術(shù)。

雖然量子計(jì)算最初是一個只有研究人員才能接觸到的高度專業(yè)化的領(lǐng)域，但現(xiàn)在全世界的開發(fā)人員都可以通過云訪問量子處理器的強(qiáng)大功能。這種云可訪問性鼓勵數(shù)百家公司將量子處理用于醫(yī)療、移動和廣告等領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)問題測試。盡管有這種早期的炒作，但量子硬件尚未在更大范圍內(nèi)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上被證明具有商業(yè)可行性。

許多大學(xué)和公司繼續(xù)投資于量子計(jì)算的研發(fā)，最終目標(biāo)是將該技術(shù)推向市場。我們離這個最終目標(biāo)還有多遠(yuǎn)？以下是量子空間的一些最新發(fā)展，可能表明大規(guī)模生產(chǎn)的步伐正在加快。

硅基量子比特的里程碑

將量子計(jì)算商業(yè)化的最突出挑戰(zhàn)之一是經(jīng)濟(jì)地制造這項(xiàng)技術(shù)。由于硅制造基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)完善，開發(fā)人員可以使用基于硅的量子位更輕松地大規(guī)模生產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)。然而，硅量子位尚未在整個晶圓上制造。

為了解決這個問題，英特爾在 10 月初宣布了生產(chǎn)硅基量子比特的新里程碑。

該公司報(bào)告了迄今為止業(yè)界最高的硅量子比特產(chǎn)量和均勻性。在英特爾位于俄勒岡州的晶體管研發(fā)中心，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了世界上最大的電子自旋裝置，在整個 300 毫米硅晶片的每個位置都包含一個電子?？偟膩碚f，該設(shè)備由 900 多個單量子點(diǎn)和最后一個電子處的 400 多個雙點(diǎn)組成。同樣重要的是，該設(shè)備采用極紫外 (EUV) 光刻技術(shù)制造，整個晶圓的成品率達(dá)到 95%。

這種提高的產(chǎn)量和均勻性標(biāo)志著量子硬件商業(yè)化的一個重要里程碑，表明制造過程更加可靠和經(jīng)濟(jì)。

在單個芯片上最大化量子設(shè)備

傳統(tǒng)的微處理器包含數(shù)十億個晶體管，但只需要數(shù)百個 I/O。研究人員仍在努力弄清楚如何在量子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)同樣的行為。前進(jìn)的道路可能在于將量子和傳統(tǒng)電子學(xué)集成在同一芯片上。

在這一追求中，總部位于英國的 Quantum Motion 宣布，它在單個硅芯片上實(shí)現(xiàn)了量子器件測量的世界紀(jì)錄。該芯片名為 Bloomsbury，面積為 3×3 mm2?^，?由一家未具名的一級鑄造廠采用與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體相同的制造工藝制造。

然而，與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體不同，布盧姆斯伯里將數(shù)千個量子點(diǎn)設(shè)備與傳統(tǒng)電子設(shè)備集成在同一芯片上。該芯片在低溫下運(yùn)行，使用量子點(diǎn)技術(shù)來控制單個電子的自旋以充當(dāng)量子位。

從經(jīng)濟(jì)的角度來看，這個消息意義重大，因?yàn)樗C明了使用現(xiàn)有的硅制造工藝用于未來量子硬件的可行性。從技術(shù)上講，該團(tuán)隊(duì)將 1,024 個量子點(diǎn)集成到小于 0.1 mm?²的區(qū)域中具有重要意義。

現(xiàn)成的量子硬件上市

打算建造量子計(jì)算機(jī)的公司需要量子位，但這些開發(fā)人員自己生產(chǎn)這個重要而復(fù)雜的組件通常很昂貴。這就是為什么現(xiàn)成的量子硬件也是量子商業(yè)化難題的重要組成部分。

去年，總部位于荷蘭的量子計(jì)算初創(chuàng)公司 QuantWare 推出了首款商用超導(dǎo)量子處理器(QPU)。雖然到目前為止量子處理器僅供谷歌和 IBM 等大公司使用，但 QuantWare 希望以合理的成本向研究人員和公司提供超導(dǎo) QPU——加速量子計(jì)算機(jī)的市場化進(jìn)程。QuantWare 目前提供一種量子限制行波參量放大器 Crescendo；五量子位 QPU，Soprano；和一個 25 量子位 QPU，Contralto。

QuantWare 聯(lián)合創(chuàng)始人 Matthijs Rijlaarsdam 將該公司的五量子比特 Soprano QPU 對量子市場的影響與英特爾 4004 對半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的影響進(jìn)行了比較。由于超導(dǎo)量子位具有高度可擴(kuò)展性和可定制性，Rijlaarsdam 認(rèn)為超導(dǎo) QPU 是近期量子計(jì)算應(yīng)用的首選。

商業(yè)化之路

雖然量子計(jì)算可以徹底改變我們所知道的計(jì)算方式，但該技術(shù)距離大規(guī)模生產(chǎn)還很遙遠(yuǎn)。對建筑和制造業(yè)的擔(dān)憂仍然困擾著行業(yè)參與者。

過去，量子計(jì)算機(jī)只能在 -273°C 左右運(yùn)行——這個溫度比外太空的溫度還要低。研究人員一直在研究可以在室溫下運(yùn)行的量子位或“熱量子位”，以解決這個問題。澳大利亞-德國初創(chuàng)公司 Quantum Brilliance 正在使用不需要絕對零溫度即可運(yùn)行的基于金剛石的量子加速器，允許開發(fā)人員將量子硬件從溫控實(shí)驗(yàn)室?guī)У浆F(xiàn)場。

根據(jù)福布斯撰稿人杰里米希爾頓的說法，三個關(guān)鍵指標(biāo)表明量子技術(shù)的商業(yè)可行性即將到來：量子技術(shù)的早期采用者激增，量子先驅(qū)的崛起以及提供軟件和咨詢資源的量子支持者生態(tài)系統(tǒng)的不斷壯大。

英特爾、Quantum Motion 和 QuantWare 等許多公司表明，雖然量子商業(yè)化的道路是漫長的，但可用的量子硬件已經(jīng)在早期采用者中出現(xiàn)。更廣泛的采用可能是未來幾年可擴(kuò)展生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施支持的問題。