由于具備在原理上遠超經典計算的強大并行計算潛力，量子計算被認為能夠帶來指數級別的算力增長，解決目前算力受限的許多復雜難題，成為未來算力跨越式發(fā)展的重要探索方向。

在量子計算眾多的硬件體系中，超導量子技術由于更加穩(wěn)定、量子比特更易擴展，同時還可復用目前比較成熟的半導體加工技術，被認為是當前最具發(fā)展前景的路線之一，因此也成為許多公司和研究機構重點關注的方向。

超導量子技術受關注

標準化芯片生產成稀缺能力

在超導量子技術體系中，超導量子芯片（QPU）被認為是超導量子計算機的“心臟”。

與經典計算機中的中央處理器CPU不同，QPU是一種基于超導材料制造的量子芯片，以超導量子比特為基本運算單元來實現量子計算，具有相干時間長、操作速度快、保真度高等優(yōu)勢。

但另一方面，縱觀全球，具有標準化超導量子芯片生產能力的公司，卻非常稀缺。生產一款標準化的超導量子芯片，意味著有能力采用統(tǒng)一且可重復的設計來完成量產，因此也往往面臨著諸多挑戰(zhàn)：

第一，相比傳統(tǒng)計算機芯片，量子芯片的設計更為復雜。由于量子比特會受到環(huán)境影響產生量子噪聲，進而影響量子邏輯門的操作精度，使得量子芯片的設計與實現，比傳統(tǒng)芯片要困難很多。

第二，材料選擇和制造工藝的限制。超導量子芯片需要使用高質量的超導材料，如鋁、銅和鈮等。這些材料的選擇、制備和處理對芯片性能至關重要。此外，制造超導量子芯片還需要精密的微納加工工藝和高精度的控制技術，以實現復雜的量子比特結構和電路連接。

第三，量子比特的一致性和穩(wěn)定性難以保證。超導量子比特的一致性和穩(wěn)定性，是實現可靠量子計算的關鍵。在標準化生產中，如何通過精確的控制和校正技術，實現高一致性的量子比特和穩(wěn)定的操作，對于量產制造來說是一個很大的挑戰(zhàn)。

第四，測量和控制技術的限制。在標準化生產中，如何實現可靠的測量和控制技術，以提高量子芯片的性能和可靠性，也是一項不小的技術挑戰(zhàn)。

全鏈條一體化

保障量子芯片標準化生產

2023年4月，量旋科技對外發(fā)布了超導量子芯片-量旋少微，這也是全球為數不多標準化、量產型的超導量子芯片產品。

為了達到這一標準，量旋科技的科學家和工程師們，制定了標準化的芯片設計和制造過程，選用了高質量的原材料供應鏈，對生產設備和工藝參數的穩(wěn)定性進行嚴格把控，依靠高精度的量子測控設備及測控流程，最終確保了量子芯片產品的穩(wěn)定性和一致性，而這也為大規(guī)模生產奠定了堅實的基礎。

量子芯片是如何制造出來的

相比其他技術體系，超導量子系統(tǒng)可以通過靈活的設計來定義量子比特的性能，因此，結合目前主流的二維網狀陣列結構，可以輕松實現數百比特的設計，是目前擴展方案最好的體系之一。

此外，超導量子芯片與傳統(tǒng)半導體技術的兼容性強，在設備、工藝、材料等方面采用的都是目前半導體產業(yè)成熟的工藝技術。這也意味著，超導量子芯片具備大規(guī)模生產的產業(yè)鏈基礎。

目前在整體流程方面，量旋科技已經完成了從芯片設計、制造、封裝、測試到產品交付的全鏈條覆蓋，擁有了專用的量子芯片生產線，可以提供全方位、一體化的量子芯片解決方案。

T1時間高達100微秒

計算結果更加準確

由于量子態(tài)具有相干性，如果有外界干擾，會失去相干性，產生退相干。因此，退相干時間往往是評估一款量子芯片性能的重要指標之一，通俗來講，就是量子比特的壽命。在量子計算過程中，長退相干時間，意味著能更好的保持量子態(tài)的穩(wěn)定性，為算法的執(zhí)行提供更長的時間窗口，進而提高計算結果的準確性。

量旋少微的退相干時間T1，達到了業(yè)內領先的10-100微秒，從而能夠更好地降低誤差率，減少量子比特之間的相互作用，進而提高量子計算的可靠性和穩(wěn)定性。

為了實現長T1時間，量旋的科學家們采取了多項策略。

首先，優(yōu)化了材料選擇，采用高質量超導材料以減小能量損耗。其次，通過改進量子比特和相關電路的設計，減小了高損耗界面的參與率。此外，嚴格控制制造過程，確保環(huán)境的清潔和無污染，采用先進的技術如離子束轟擊法和超高真空電子束蒸鍍，提高材料的純度和均勻性，進一步降低表面缺陷。

量子芯片的高性能，不僅體現在T1時間上，還表現在出色的門保真度和計算速度上。

在門保真度方面，少微能夠實現99%以上的單比特門保真度。這一指標的實現，首先就要求量子芯片有較長的T1，此外，還需要通過一系列精確的超導量子比特測控流程進行測試和標定。比如，為了有效隔絕噪聲，需要保證超導量子芯片在10 mK的極低溫環(huán)境中工作，同時為了降低熱噪聲帶來的誤差，還需要使用0 dB衰減器，代替普通低溫射頻線等手段。而為了隔絕磁場噪聲，量旋的工程師們還在制冷系統(tǒng)內，加裝了高磁導率的磁屏蔽裝置。

在計算速度方面，量旋少微能夠執(zhí)行數十納秒量級的兩比特門操作，從而實現更快的量子計算速度。這得益于工程師們對芯片設計的優(yōu)化，兼顧了比特間耦合強度和對串擾抑制的平衡，從而大大提升了量子計算的效率和速度。

應用場景廣闊

助力加速量子計算產業(yè)化

值得一提的是，作為一款量產型超導量子芯片，此次發(fā)布的“少微”，包含2比特/10比特/20比特三款型號，能夠分別在不同的應用場景發(fā)揮作用。

以2比特產品為例，可以用以驗證量子算法，探索量子計算優(yōu)勢，助力量子計算教學和基礎研究。

以2比特產品為例，可以用以驗證量子算法，探索量子計算優(yōu)勢，助力量子計算教學和基礎研究。例如對于高校來說，量子計算作為新興的朝陽領域，培養(yǎng)專業(yè)人才對于推動整個行業(yè)發(fā)展至關重要。通過引入超導量子計算機，通過實踐操作掌握量子計算機的工作原理，在未來推進量子計算機的進一步研發(fā)和在實際行業(yè)中的應用。

對于研究機構和實驗室來說，“少微”可以在基礎研究、技術開發(fā)和原型驗證等方面發(fā)揮重要作用，幫助研究人員解決復雜問題并推動學術進展，驗證新的量子計算方法和算法的可行性，從而為量子計算進一步的實際應用奠定基礎。

相比于2比特量子芯片，10比特和20比特的量子芯片，可以用來運行更多、更復雜的量子算法，包括可以在諸如量子化學、量子模擬、密碼學等特定計算任務場景中，提供更高的算力支持。

例如，在材料科學和藥物研發(fā)領域，可以用于模擬和優(yōu)化復雜的分子結構和反應，改進現有的算法和解決方案。在金融領域，結合特定的量子算法模型，可以提供更準確的預測和決策支持……

今天，越來越多的企業(yè)和組織，開始關注量子計算技術的使用，希望在未來激烈的市場競爭中，獲得先發(fā)優(yōu)勢。

而未來，隨著量子比特數擴展和性能的提升，我們將見證量子芯片在更廣泛的領域得到應用，例如優(yōu)化供應鏈和物流、復雜系統(tǒng)的優(yōu)化和規(guī)劃、人工智能的訓練和優(yōu)化等，進而為量子計算的發(fā)展和商業(yè)化進程提供重要的支持。

量旋“少微”
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