加拿大一家量子電腦(電腦)研發公司Xanadu和美國國家標準技術研究所(NIST)合作,造出了一個有八個量子數位的光學量子晶片。

製造量子電腦晶片的核心部件——量子比特使用的材料和配套技術是現在量子電腦研究的關鍵之一,有的使用超導體,需要原子冷卻到極低溫的情形下,有的使用光子。每種技術各有優缺點。

光學量子晶片後來居上?

很長時間以來,光學量子晶片並不被看好。前幾年IBM,Google等公司高調展示的幾個量子晶片採用的都不是光學量子技術。

最近Xanadu公司開發的這款晶片,看起來獲得了很大進展。《物理世界》(Physics World)雜誌以「可編程光子晶片照亮量子電腦領域」為題介紹這項成果;科技藝術網(Ars Technica)評價說「光學量子電腦新技術克服了以前的侷限性,看起來是個贏家」。

這個晶片採用了將光子送入微型迴路進行「擠壓」方式,稱這樣「其量子不確定被減小到最小程度」。

該公司介紹說,晶片由擠壓器(Squeezers)、干涉儀(Interferometer)和光子探測器(Photon Detectors)三個單元構成。擠壓器是輸入單元,送入光子並進行「擠壓」;干涉儀是邏輯運算單元;最後光子探測器是測量和輸出的單元。

編程性能展示

這個晶片使用看起來類似Python的代碼作為編程接口與硬件溝通。研究人員用它展示運行由簡單到複雜的三個程序。

第一個程序最簡單,模擬自己,展示在給定的時間內可以產生多少個不同的狀態。現在任何一個量子晶片都可以做到這一點。第二個程序計算乙烯分子(兩個碳原子和四個氫原子組成的化合物)的振動狀態,之後再複雜一點,苯基乙烯基乙炔的振動狀態。第三個程序計算2021年最受歡迎的新生兒名字。

這些程序是開發人員精心挑選,恰到好處地展示了這個只有八個數位的量子晶片的性能。

小巧的尺寸

很小的尺寸是這個晶片又一個亮點。公司展示的圖片上看到,它只有不到一個手指尖的大小。

沒有參與這項研究的同行東京大學物理學家武田順太郎(Shuntaro Takeda,音譯)說,以前使用擠壓光子技術的實驗,所需的鏡子、透鏡各種光學元件要好幾張桌子才擺得下。他認為Xanadu造出這麼小的晶片,為將來擴大規模奠定了必要的基礎。

與雲服務連接

另一位同行美國亞利桑那大學量子信息研究員張哲申(Zheshen Zhang,音譯)說,以前類似的光學量子晶片不能同時執行來自不同用戶的任務,這款晶片能夠同時進行多項運算,是一大進步。此外,Xanadu的晶片還可以與雲服務連接,這是又一個優勢。

光子的損失

研究組表示,目前由於工藝上的困難,不少光子在通過晶片的過程中損失。這將是他們改進的方向。要造出能和現代電腦具有可比性規模的量子電腦,還有很多的工作要做。

《自然》雜誌3月3日發表了介紹這個晶片的論文。#