加拿大Xanadu量子技術(shù)公司開發(fā)出全球首臺可擴(kuò)展光量子計(jì)算機(jī)原型。該公司在最新一期《自然》雜志上發(fā)表文章詳細(xì)介紹了其設(shè)計(jì)和構(gòu)建過程，并展示了該原型機(jī)如何能夠靈活擴(kuò)展至所需規(guī)模。這項(xiàng)突破為未來大規(guī)模量子計(jì)算的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

系統(tǒng)和主要模塊示意圖。

圖片來源：英國《自然》雜志

研究人員采用了模塊化設(shè)計(jì)理念來構(gòu)建這臺量子計(jì)算機(jī)。初始階段，他們構(gòu)建了一個(gè)包含少量量子位的基本單元，適用于最基礎(chǔ)的應(yīng)用場景。隨著需求增長，可以通過添加更多相同類型的單元來擴(kuò)展計(jì)算能力。這些單元通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，共同構(gòu)成一臺大型計(jì)算機(jī)。每個(gè)新增的單元或量子服務(wù)器機(jī)架都會增加整體處理能力。

研究人員指出，數(shù)千個(gè)這樣的單元可以通過光纖電纜連接，從而創(chuàng)建具有巨大處理能力的大型量子計(jì)算機(jī)。由于整個(gè)系統(tǒng)基于光子技術(shù)，因此無需將光子組件與傳統(tǒng)電子組件結(jié)合使用。

為了驗(yàn)證這一理念，研究人員構(gòu)建了一個(gè)由四個(gè)服務(wù)器機(jī)架組成的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)用84個(gè)壓縮器，形成了一個(gè)擁有12個(gè)物理量子位的計(jì)算機(jī)。其中，第一個(gè)機(jī)架配置了輸入激光器，而其他三個(gè)機(jī)架則包含了五個(gè)主要子系統(tǒng)：量子位生成源、量子位存儲緩沖區(qū)、用于提高質(zhì)量和產(chǎn)生糾纏態(tài)的優(yōu)化系統(tǒng)、輔助糾纏和聚類的路由系統(tǒng)，以及執(zhí)行最終計(jì)算任務(wù)的量子處理單元。特別的是，由于系統(tǒng)完全基于光子技術(shù)，所以它能夠在室溫下運(yùn)行，不需要冷卻設(shè)備。

研究人員通過創(chuàng)建一種獨(dú)特的糾纏態(tài)，測試了系統(tǒng)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意，表明該系統(tǒng)不僅能執(zhí)行復(fù)雜的大型計(jì)算任務(wù)，而且具備高度的容錯(cuò)性。該成果不僅展示了量子計(jì)算的巨大潛力，還為未來技術(shù)發(fā)展提供了新的方向和可能性。