科学家推出了世界上第一台使用常规硅芯片构建的量子计算机

2025-09-26 14:45:00 英文原文

作者:Alan BradleyFreelance contributor

Full-stack silicon CMOS quantum computer
(图片来源:量子运动)

英国一家初创公司创建了使用几乎所有现代数字电子产品中相同的晶体管技术制造的世界第一台基于硅的量子计算机。

该机器是使用互补的金属氧化物 - 氧化流极导器(CMOS)芯片制造工艺构建的 - 用于为智能手机,笔记本电脑和数码相机等设备创建芯片。

该机器的另一个重要元素是由公司量子运动构建的,是其相对较小的足迹。该机器只能容纳三个19英寸的服务器架,包括稀释冰箱和集成的控制电子设备,这些电子设备操纵Qubits并产生维持其脆弱量子状态所需的极低温度。

该系统结合了一个量子处理单元(QPU)使用用户界面和行业标准的控制软件 - 在高级量子程序(算法)和物理量子硬件(Quskit和CIRQ)之间充当高级量子程序(算法)之间的解释器,以提供完整的量子计算平台。它使用自旋量子尺寸的一种量子,该量子在基本粒子的自旋(固有角动量)中编码量子信息,最常见的是单个电子。

Computer illustration of the quantum motion system in a datacenter environment.

(图片来源:量子运动/克里斯蒂·纳恩斯(Christy Nunns)。)

量子运动代表也是高度可扩展的。陈述。QPU本身基于瓷砖体系结构 - 一种模块化设计方法,在该方法中,处理器或片上系统(SOC)是由较小,独立和专业的单元(称为瓷砖或chiplets)构建的。

QPU将必要的计算,读数和控制元素凝结成一个单个密集的数组,该数组可以反复部署在单个芯片上。代表说,这意味着QPU的未来迭代,即量子计算发生的物理硬件,可以升级为包括数百万量Qubits,并且该系统可以允许公司的QPU的未来版本轻松地交换为现有处理器。

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这是量子计算的硅时刻。詹姆斯·帕尔斯·迪莫克(James Palle),量子运动的首席执行官。今天的公告表明,您可以使用世界上最可扩展的技术来构建强大的功能量子计算机,并具有大量生产的能力。”

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量子运动代表说,该系统是在十年内交付商业可行量子计算机的第一步。

该系统目前已在英国国家量子计算中心(NQCC)部署 - 一个用于量子计算的国家实验室,主要是通过英国研究与创新(UKRI)计划资助的。乌克里是一个公共机构,指导英国的研究和创新资金。

Quantum motion system at NQCC.

(图片来源:量子运动/克里斯蒂·纳恩斯)

量子运动的系统还代表了在NQCC的主持下开发的第一个硅旋转量子计算机量子计算测试台程序,采用不同技术并测试其生存能力的计划,旨在构建七个原型量子计算机。

计算机建立在研究由量子运动与伦敦大学学院(UCL)结合进行,以创建更容易容忍的量子系统。该研究表明,量子电路的基本构建块在两倍的门中的精度为98%。这是一个以300mm晶圆刻度制造的Qubits的世界领先标记,与新计算机中使用的材料相同。

容错对于量子计算至关重要,因为Qubits众所周知易碎且容易出错。不稳定性是由于一种称为Decherence的属性。

叠加(值一次存在于多个状态中的值的能力)和纠缠(两个或多个量子位以相互连接并在任何距离上共享相同的状态的能力,因此更改一个更改的能力同时改变了量子计算的键,都是量子的键,都是脆弱的状态,这些状态都可以通过与环境的互动来破坏。

温度,电磁干扰或其他环境因素的变化会扭曲或崩溃这些特性,从而导致结果不准确。这种脆弱性是可扩展且强大的量子计算的最大障碍之一。这就是为什么大量量子计算研究在量子误差校正(QEC)。

作为一部分SIQEC硅量子误差校正项目,量子运动利用使用标准300毫米半导体制造过程及其误差校正研究创建的硅自旋Qubits来构建易于故障的体系结构,这些体系结构可以扩展到数百万的量子量子优势

这种制造业在其他过程中的主要优势是硅制造的共同点。由于有效地批量生产此类芯片的设施,标准和技术已经建立了良好,因此可以比其他更专业的组件更便宜,快速,更规模地生产它们。

艾伦(Alan)是一位自由技术和娱乐记者,专门研究计算机,笔记本电脑和视频游戏。他以前是为PC游戏玩家,GamesRadar和Rolling Stone等网站撰写的。如果您需要有关技术的建议,或帮助找到最佳的技术交易,艾伦就是您的男人。

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摘要

英国一家初创公司Quantum Motion已使用CMOS CHIP制造技术开发了世界上第一款基于硅的量子计算机。该机器采用紧凑的设计,该设计适合三个服务器架,并使用旋转量子台进行计算。它将QPU与用户界面和行业标准控制软件集成在一起,以形成一个完整的量子计算平台。关键优势包括通过瓷砖架构可扩展性,可以将来升级到数百万量子位,以及由于现有的硅制造基础设施而导致的潜在质量生产。该技术旨在在十年内提供商业上可行的量子计算机,并且是英国国家量子计算中心的原型开发测试床计划的一部分。

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