光量子處理器供應(yīng)商QuiX：故事始于“科學(xué)上的偶然發(fā)現(xiàn)”
QuiX的故事始于“科學(xué)上的偶然發(fā)現(xiàn)”。當(dāng)時(shí)Renema是牛津大學(xué)的一名初級(jí)研究員，致力于創(chuàng)建即插即用的集成和可重構(gòu)的光量子處理器，這也是牛津大學(xué)和荷蘭的特溫特大學(xué)的合作目標(biāo)。
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QuiX CTO Renema回憶道，在他從事量子信息處理工作期間，有一次，“我們陷入了缺乏合適的大規(guī)模光芯片處理器的困境，然后一位來自特溫特大學(xué)的博士后過來說，有所大學(xué)正好有我們需要的東西。我們就帶著設(shè)備來到牛津大學(xué)，做了一些測量之后發(fā)現(xiàn)它非常適合?！?/p>
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后來回到荷蘭，Renema就任職在光子芯片制造商 LioniX 的工作發(fā)表了一場演講，幾個(gè)月后，LioniX的首席執(zhí)行官Hans van den Vlekkert找到了他，問他是否愿意創(chuàng)辦一家公司，得到Renema的肯定答案后，QuiX誕生了。
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2020年12月，QuiX發(fā)布了當(dāng)時(shí)世界上最大的通用量子光處理器，這也是“光量子計(jì)算機(jī)的核心設(shè)備”?。雖然其即插即用設(shè)備與所有光子源兼容并且可商用，但 Hans van den Vlekkert 解釋說，“該處理器‘尚不適合工業(yè)應(yīng)用’。但以此為起點(diǎn)，我們將迅速提高處理器的容量，以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用?！?/p>
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QuiX的9人團(tuán)隊(duì)兩年內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了這一里程碑，證明了該公司具備LioniX 開發(fā)20多年高端經(jīng)典光子學(xué)應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)秀實(shí)力基礎(chǔ)。Renema說：“所有這些都證明了光量子很有用。團(tuán)隊(duì)可以將經(jīng)典光學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中存在的這種光學(xué)元件、制造技術(shù)和專有技術(shù)工具箱，與自己的知識(shí)相結(jié)合，并了解應(yīng)用量子技術(shù)的必要條件?！?/p>
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這種工具箱包含構(gòu)成 QuiX 處理器關(guān)鍵部分的低損耗氮化硅波導(dǎo)，而該處理器使用光子干涉來編程計(jì)算。所以光子干涉是支持整個(gè)系統(tǒng)含有部分“量子特性”的東西。實(shí)際上，該系統(tǒng)并沒有創(chuàng)建量子比特。取而代之的是，該組件引導(dǎo)光子通過一個(gè)包含交叉點(diǎn)矩陣的芯片，這些點(diǎn)處的光子匯合產(chǎn)生能量。涉及的光子越多，可以解決的問題就越復(fù)雜。
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Renema 說道：“當(dāng)連接到一系列單光子源時(shí)，QuiX 光子處理器通過設(shè)置一系列光子可以行進(jìn)的平行軌道來充當(dāng)‘光的開關(guān)站’?！?/strong>
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這為光從一個(gè)軌道跳躍（或“切換”）到另一個(gè)軌道創(chuàng)造了條件，然后會(huì)在另一系列軌道上再次熄滅。其中，“軌道”在它們相遇的地方是可調(diào)的，可以在一系列這些軌道之間進(jìn)行任意光學(xué)轉(zhuǎn)換。量子系統(tǒng)工程師 Caterina Taballione 博士曾在一次在線網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上提到：“當(dāng)光子相遇并穿過這些芯片時(shí)，它們就會(huì)形成糾纏，這是一把幫助你成就偉業(yè)的鑰匙……”
每個(gè)光子以只有量子允許的行為方式“同時(shí)通過”多個(gè)軌道，而不是“選擇”軌道進(jìn)行切換。在演進(jìn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行測量，其結(jié)果反映了各種潛在結(jié)果之一。（量子干擾發(fā)生在導(dǎo)致任何一個(gè)測量結(jié)果的許多軌道之間）。而這種編碼方法是可編程的，Renema 說：“這是我們芯片的特別之處”。
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QuiX可以提供一個(gè)外部控制硬件，并控制芯片正在做什么和它要執(zhí)行的計(jì)算。對(duì)于Renema來說，“我們光量子信息處理設(shè)備的核心，本質(zhì)上是一臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)”。
這種方法不同于其他正在研發(fā)的量子計(jì)算方法，后者旨在使用基于非光子量子比特（例如原子或離子）所構(gòu)建的量子邏輯門進(jìn)行操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“通用”量子計(jì)算。事實(shí)上，將邏輯門方法應(yīng)用于光量子處理器充滿了技術(shù)難度，Renema說道，盡管理論上“確實(shí)允許您用光子來編碼量子比特”，但實(shí)踐卻大不相同。QuiX 的系統(tǒng)就巧妙地回避了這個(gè)問題，因?yàn)橄到y(tǒng)的編碼在路徑信息中。
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當(dāng)然，隨著其他組織致力于創(chuàng)建量子位的替代途徑，一個(gè)關(guān)鍵問題是“為什么是光子”？
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Renema認(rèn)為，光子能搭建一種噪聲非常低的系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈儙缀醪慌c環(huán)境相互作用。例如，將光子與電子進(jìn)行對(duì)比，光子會(huì)感覺到周圍環(huán)境中所有可能的電荷，如果你把兩個(gè)電子粘在一起，它們肯定會(huì)相互作用。對(duì)于光子，情況正好相反。讓他們彼此互動(dòng)實(shí)際上需要做很多工作，這實(shí)際上是挑戰(zhàn)。
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同時(shí)，選擇光子還有另一個(gè)重要原因，那就是你不需要超低溫環(huán)境。許多量子計(jì)算技術(shù)受到“可以進(jìn)入稀釋制冷機(jī)的線纜數(shù)量、噪音水平、溫度”等多種因素的限制。而這種處理器在室溫下、在桌子上就可以運(yùn)行，不需要冷卻。
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Renema強(qiáng)調(diào)，這種方法與現(xiàn)有技術(shù)有高度兼容性?！拔覀兎浅Ｇ宄覀儞碛械氖瞧磮D的一部分，但不是全部。例如制造單光子源、制造探測器就完全是另一回事，所以我們正在與從事該領(lǐng)域的人合作。幸運(yùn)的是，歐洲光量子技術(shù)的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)正在興起?！苯酉聛淼膬赡昀铮摴镜挠?jì)劃是讓處理器實(shí)現(xiàn)50種光學(xué)模式。
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Renema表示這一目標(biāo)“基本沒有障礙”，完全可以按照擬定的時(shí)間表實(shí)現(xiàn)，但也她表達(dá)了量子研究人員面臨的現(xiàn)實(shí)情況?！盀槭裁次覀儧]有在第一天就制造出 50 種模式的光子處理器？原因很簡單：需要積累經(jīng)驗(yàn)?？刂七@些開關(guān)的問題并不簡單，系統(tǒng)越大，這個(gè)問題就越難。我們不是只搞技術(shù)，而是在完善如何控制它的知識(shí)體系?！?/p>
Mewburn Ellis 的高級(jí)助理兼專利律師Andrew Fearnside（安德魯·費(fèi)恩賽德）評(píng)論道：
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“在量子計(jì)算競賽中，光量子計(jì)算的起步雖然慢，但現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)非常強(qiáng)有力的“競爭者”。由于中國開發(fā)的光處理器取得引人注目的成功，光學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施也在逐漸完善，量子技術(shù)這一分支很可能會(huì)更快落地。單光子源和單光子探測器等技術(shù)的發(fā)展可能是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心，這些技術(shù)領(lǐng)域未來可能會(huì)出現(xiàn)巨大創(chuàng)新，很高興能夠看到熱衷于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的新初創(chuàng)公司的快速增長?！?/p>
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Andrew Fearnside
Andrew 是 Mewburn Ellis （著名專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)機(jī)構(gòu)）的高級(jí)助理和專利代理人。他主要專注電信、電子和工程領(lǐng)域，在起草和起訴、全球投資組合管理和發(fā)明捕獲方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以自由分析并進(jìn)行盡職調(diào)查來確定具有商業(yè)價(jià)值的 IP 投資組合。
文：凱特琳·麥凱西·戴維
編譯：慕一
編輯：王珩
注：本文編譯自“Mewburn Ellis?”，文章中的信息或所表述的觀點(diǎn)意見，均不代表量子前哨同意或支持。
