從理論上講，量子計算機可以找到經(jīng)典計算機需要億萬年才能解決的問題的答案，但研究人員目前面臨著將其擴展到實際應用的巨大挑戰(zhàn)。最近，一家量子計算初創(chuàng)公司推出了首個用于控制量子處理器的數(shù)字超導微芯片，該公司表示，這可能有助于量子位發(fā)揮其超快和高效的潛力。

通過糾纏量子機械連接在一起的量子位越多，可以以指數(shù)方式進行的計算就越多。谷歌、IBM和其他科技巨頭正在開發(fā)使用超導電路作為量子位的量子計算機，因為在不久的將來，這種硬件似乎可以擴展到數(shù)千個量子位。

位于紐約州埃爾姆斯福德的量子計算初創(chuàng)公司Seeqc的工程副總裁Shu-Jen Han表示：“目前，IBM和谷歌正在為每個超導量子位使用直接控制方案，他解釋說，比絕對零度（-273.15°C）僅高出千分之幾度。

Han指出，這種方法面臨著許多缺點。首先，它的伸縮性很差，因為所需的控制線數(shù)量隨著量子位的數(shù)量線性上升。其次，所需的大量組件也會產(chǎn)生熱量，從而破壞量子位。第三，它使用對噪聲非常敏感的模擬控制信號。最后，當信號在低溫下工作的量子處理器和通常在室溫下工作的控制電子設(shè)備之間來回穿梭時，這種策略通常會導致顯著的延遲。Han說，對于需要速度的關(guān)鍵量子計算操作（如糾錯）來說，這種延遲可能是一個重大問題。

為了克服這些問題，Seeqc開發(fā)了一種用于控制量子處理器的新型微芯片。該設(shè)備基于一種稱為單通量量子邏輯技術(shù)的超導電子方法，該方法以單磁波動的形式對數(shù)據(jù)進行編碼。這種新設(shè)備在20millikelvin的條件下工作的速度高達40gigahertz。該公司表示，它與所有超導量子位類型以及自旋量子位等其他量子位平臺兼容。

SEEQC

新的控制微芯片在與超導量子位大致相同的低溫下工作，這使得Seeqc可以將其直接與量子處理器結(jié)合。這大大減少了在控制電子器件和量子位之間來回傳播的信號的延遲。

該公司表示，消除了對昂貴的室溫控制電子設(shè)備機架的需求，也將量子計算的成本和復雜性降低了幾個數(shù)量級。Han補充道，減少控制量子位所需的電纜和其他組件的數(shù)量也意味著“系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量將大大降低，從而降低量子位的性能”。

此外，新芯片使用數(shù)字控制信號。Han指出，這些信號比模擬信號更能抵抗干擾和噪聲。新芯片包括一個多路分解器，可以將單個控制信號分配給多個量子位。Han說，這大大減少了控制線的數(shù)量，有助于解決尺度問題。

IBM和谷歌試圖改善對量子處理器控制的一種方法是使用低溫CMOS控制微芯片，這種芯片與Seeqc的設(shè)備一樣，在低溫下工作。然而，CMOS晶體管比超導電子器件產(chǎn)生更多的熱量。這意味著IBM和谷歌無法像Seeqc那樣將這些低溫CMOS微芯片與量子處理器直接集成。Han說，這些低溫CMOS器件還必須具有有限的電路復雜性，以避免產(chǎn)生過多的熱量。Han說，相比之下，Seeqc的設(shè)備速度是低溫CMOS技術(shù)的40倍，能效是低溫CMOS的1000倍。此外，他補充道，低溫CMOS微芯片仍然依賴于模擬控制信號，并且不能像Seeqc的芯片那樣進行芯片上多路復用。

四月份，Seeqc公司推出了一款采用這種新型控制微芯片的量子處理器，作為意大利第一臺全堆疊量子計算機（https://www.businesswire.com/news/home/20230427005392/en/SEEQC-Unveils-Italy%E2%80%99s-First-Quantum-Computing-System）。Han表示，該公司希望這種新的控制策略有助于使量子計算更接近現(xiàn)實。Han說：“據(jù)信，建造一臺實用的量子計算機需要10萬到100萬個物理量子位。我們正在通過解決規(guī)模問題為實現(xiàn)這一目標鋪平道路。”