說(shuō)起量子計(jì)算行業(yè)的黑馬，很多人會(huì)想到PsiQuantum，這家2016年成立于硅谷的量子計(jì)算公司，在短短5年內(nèi)獲得了超過(guò)5億美元的投資，投資商名單中不乏微軟M12、黑石、Atomico、紅點(diǎn)、Playground Global等一眾知名風(fēng)投。PsiQuantum究竟有何魅力獨(dú)得資本市場(chǎng)恩寵？它的量子計(jì)算研發(fā)路徑又有哪些獨(dú)到之處呢？

光量子是百萬(wàn)量子比特的唯一答案

2020年4月，PsiQuantum獲得微軟旗下M12風(fēng)投所領(lǐng)投的2.15億美元巨額單筆投資，在此之前，這家總部在硅谷的創(chuàng)新公司鮮為人知，頗具神秘之風(fēng)。據(jù)有限的公開(kāi)資料表明，PsiQuantum研究量子計(jì)算機(jī)采用技術(shù)路線與谷歌、微軟、IBM、霍尼韋爾等巨頭玩家不同，他們沒(méi)有走超導(dǎo)和離子阱路線，而是要建造一臺(tái)基于光量子的商用量子計(jì)算機(jī)。

?

早在2009年，公司創(chuàng)始人Jeremy O'Brien便在期刊Nature Photonics發(fā)表論文，闡述了編碼光子實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的路徑，他此后也一直專(zhuān)注于基于硅基芯片的單光子量子比特制備。PsiQuantum相信，硅光量子是實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)、容錯(cuò)的百萬(wàn)量子比特通用量子計(jì)算機(jī)的唯一路徑。

?

概括來(lái)說(shuō)，PsiQuantum將數(shù)十個(gè)量子芯片嵌入一個(gè)傳統(tǒng)硅芯片，通過(guò)微小的反射鏡相交，光子沿著芯片上的路徑傳播，反射鏡將光子“反彈”到糾纏狀態(tài)，以此進(jìn)行計(jì)算，該技術(shù)將能夠把100萬(wàn)個(gè)量子比特建立連接，在其中能提取出100到300個(gè)糾錯(cuò)量子比特。公司聯(lián)合創(chuàng)始人曾在采訪中透露：“我們可以用一個(gè)非常具體的結(jié)構(gòu)，為許多光子量子位建立一個(gè)大的分布糾纏態(tài)，再通過(guò)使用單光子探測(cè)器測(cè)量這些量子位單元，我們可以實(shí)現(xiàn)任何門(mén)序列，并運(yùn)行量子算法?！?/p>

PsiQuantum表示，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，這種方法有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，一個(gè)是硅光芯片可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造設(shè)備制造，從而大大簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，這對(duì)于快速實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)是一個(gè)極其重要的因素；另一個(gè)優(yōu)勢(shì)便是使用光子和光纜將多個(gè)光子芯片聯(lián)網(wǎng)在一起，優(yōu)于傳統(tǒng)光量子計(jì)算的可擴(kuò)展性。

?

2017年起，公司與世界三大硅片制造商之一，美國(guó)半導(dǎo)體代工公司Global Foundries（格芯）達(dá)成合作，在其位于紐約北部的兩家300mm晶圓廠安裝了專(zhuān)有生產(chǎn)和制造設(shè)備，以生產(chǎn)數(shù)千個(gè)Q1硅光芯片，并在位于德國(guó)的代工廠生產(chǎn)先進(jìn)的電子控制芯片，PsiQuantum相信現(xiàn)有的先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備和專(zhuān)業(yè)的代工可以幫他們更快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，希望可以打造全球首臺(tái)可擴(kuò)展的商用量子計(jì)算機(jī)。

?

事實(shí)上，光量子因其相干性好、相干時(shí)間長(zhǎng)的重要優(yōu)勢(shì)，已獲得業(yè)內(nèi)主流觀點(diǎn)認(rèn)可，中國(guó)的“九章”量子計(jì)算原型機(jī)也是基于光量子構(gòu)建的。但因?yàn)楣饬孔优c環(huán)境的相互作用弱，對(duì)光子的有效操控是一個(gè)很難解決的技術(shù)難點(diǎn)，令許多量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)望而卻步。國(guó)內(nèi)外解決這一難點(diǎn)的思路有很多，其中一種思路就是斯坦福大學(xué)與日本運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT的合作項(xiàng)目：打造相干伊辛機(jī)（Coherent Ising Machine）。這是一種結(jié)合光和電處理能力的量子計(jì)算機(jī)，其工作方式類(lèi)似用人工磁體組成的可編程網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)磁體的狀態(tài)只能“向上”或者“向下”，網(wǎng)絡(luò)整體會(huì)傾向于在低能量狀態(tài)工作。

相干伊辛機(jī)使用了一種特殊類(lèi)型的激光系統(tǒng)來(lái)模擬磁場(chǎng)機(jī)制，通過(guò)電路模擬激光脈沖之間的光學(xué)連接來(lái)編程問(wèn)題，而計(jì)算仍然由激光系統(tǒng)完成。這種技術(shù)路線更容易實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)量子超大規(guī)模，而且它允許變量間以任意的方式連接，具有廣泛的可編程性和適配性。隨著PsiQuantum硅光芯片、相干伊辛機(jī)等解決方案的發(fā)展成熟，未來(lái)光量子的難以操控性和不可擴(kuò)展性將不再是商業(yè)化的障礙。

做且只做百萬(wàn)量子比特

除誘人的商業(yè)化前景外，PsiQuantum在資本圈格外吃香的重要原因，還在于它的明星創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)。公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官杰里米·奧布萊恩（Jeremy O'Brien）是新南威爾士大學(xué)量子技術(shù)博士, 曾任布里斯托大學(xué)量子光子學(xué)中心主任，曾前往日本大阪大學(xué)訪學(xué)并在NTT擔(dān)任研究員，其研究組最先在硅基光學(xué)芯片上演示了多個(gè)量子算法、量子態(tài)的調(diào)控等，是量子集成光學(xué)領(lǐng)域的執(zhí)牛耳者。公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)官特里·魯?shù)婪颍═erry Rudolph）?是著名的量子理論家和諾貝爾獎(jiǎng)得主薛定諤的孫子，他本人也在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域頗有建樹(shù)，目前在倫敦帝國(guó)理工學(xué)院擔(dān)任量子物理學(xué)教授；公司目前團(tuán)隊(duì)規(guī)模近200人，其中研發(fā)工程師超過(guò)70%。

領(lǐng)先的實(shí)力促成更大的野心，在大部分玩家還專(zhuān)注于驗(yàn)證量子霸權(quán)、NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum，含噪聲的中型量子器件）等里程碑，并探索其商業(yè)化應(yīng)用的同時(shí)，PsiQuantum表示他們有且只有一個(gè)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)量子比特規(guī)模，可糾錯(cuò)、容錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)。

一方面，多數(shù)業(yè)內(nèi)人士對(duì)這一豪言壯志持懷疑態(tài)度，畢竟走可擴(kuò)展性好的超導(dǎo)技術(shù)路線的巨頭玩家谷歌、IBM等目前所實(shí)現(xiàn)的量子比特?cái)?shù)僅數(shù)十個(gè)。另一方面，PsiQuantum、NTT等玩家獨(dú)樹(shù)一幟的解決方案，又讓業(yè)界對(duì)光量子技術(shù)路線的發(fā)展速度有了新認(rèn)識(shí)。

用創(chuàng)始人Jeremy的話總結(jié)PsiQuantum技術(shù)路徑的獨(dú)特之處，便是當(dāng)所有人都在忙著擴(kuò)展量子進(jìn)程的時(shí)候，他們選擇了一個(gè)可擴(kuò)展的（半導(dǎo)體制造）進(jìn)程，并利用它制造量子。

商用之路，道阻且長(zhǎng)

即使PsiQuantum在過(guò)去的一年中，尤其是與Global Foundries的戰(zhàn)略合作中，取得了大量的重要進(jìn)展，這些進(jìn)展甚至可能顯著加快整個(gè)硅光芯片行業(yè)的發(fā)展；與此同時(shí)，公司也已與制藥、清潔能源、航空航天、運(yùn)輸、金融和高科技等各行各業(yè)的潛在客戶合作探索硅光量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用；但仍然不可否認(rèn)的是距離百萬(wàn)量子比特的通用量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世還有很長(zhǎng)一段路要走。

?

根據(jù)Jeremy的介紹，公司的最終目標(biāo)不會(huì)在短短幾年內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品的規(guī)模也將與數(shù)據(jù)中心或超級(jí)計(jì)算機(jī)相仿，但PsiQuantum的階段性進(jìn)展更大的意義在于證明了可以使用現(xiàn)有先進(jìn)半導(dǎo)體晶圓廠的標(biāo)準(zhǔn)制造工藝在硅芯片上構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵部件，這將為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)新的思路。

?

近期，PsiQuantum將專(zhuān)注于與GlobalFoundries攜手開(kāi)發(fā)其第一臺(tái)大規(guī)模光子量子計(jì)算機(jī)Q1。公司希望到2025年，它們能首先搭建出組裝量子機(jī)器所需的所有生產(chǎn)線和流程。

文：Chelsea

編輯：王珩?