尽管量子硬件在市场上取得了重大进展,但量子商业化的道路上仍有许多障碍。

长期以来,量子计算一直被誉为释放前所未有的计算性能的下一项技术。

虽然量子计算最初是一个只有研究人员才能接触到的高度专业化的领域,但现在全世界的开发人员都可以通过云访问量子处理器的强大功能。这种云可访问性鼓励数百家公司将量子处理用于医疗、移动和广告等领域的现实问题测试。尽管有这种早期的炒作,但量子硬件尚未在更大范围内在经济和技术上被证明具有商业可行性。

 

许多大学和公司继续投资于量子计算的研发,最终目标是将该技术推向市场。我们离这个最终目标还有多远?以下是量子空间的一些最新发展,可能表明大规模生产的步伐正在加快。

 

硅基量子比特的里程碑

 

将量子计算商业化的最突出挑战之一是经济地制造这项技术。由于硅制造基础设施已经完善,开发人员可以使用基于硅的量子位更轻松地大规模生产量子计算机。然而,硅量子位尚未在整个晶圆上制造。

为了解决这个问题,英特尔在 10 月初宣布了生产硅基量子比特的新里程碑。

 

该公司报告了迄今为止业界最高的硅量子比特产量和均匀性。在英特尔位于俄勒冈州的晶体管研发中心,研究团队创造了世界上最大的电子自旋装置,在整个 300 毫米硅晶片的每个位置都包含一个电子。总的来说,该设备由 900 多个单量子点和最后一个电子处的 400 多个双点组成。同样重要的是,该设备采用极紫外 (EUV) 光刻技术制造,整个晶圆的成品率达到 95%。

这种提高的产量和均匀性标志着量子硬件商业化的一个重要里程碑,表明制造过程更加可靠和经济。

 

在单个芯片上最大化量子设备

传统的微处理器包含数十亿个晶体管,但只需要数百个 I/O。研究人员仍在努力弄清楚如何在量子领域实现同样的行为。前进的道路可能在于将量子和传统电子学集成在同一芯片上。

在这一追求中,总部位于英国的 Quantum Motion 宣布,它在单个硅芯片上实现了量子器件测量的世界纪录。该芯片名为 Bloomsbury,面积为 3×3 mm2  由一家未具名的一级铸造厂采用与标准半导体相同的制造工艺制造。

 

然而,与标准半导体不同,布卢姆斯伯里将数千个量子点设备与传统电子设备集成在同一芯片上。该芯片在低温下运行,使用量子点技术来控制单个电子的自旋以充当量子位。

从经济的角度来看,这个消息意义重大,因为它证明了使用现有的硅制造工艺用于未来量子硬件的可行性。从技术上讲,该团队将 1,024 个量子点集成到小于 0.1 mm 2的区域中具有重要意义。

 

现成的量子硬件上市

打算建造量子计算机的公司需要量子位,但这些开发人员自己生产这个重要而复杂的组件通常很昂贵。这就是为什么现成的量子硬件也是量子商业化难题的重要组成部分。

去年,总部位于荷兰的量子计算初创公司 QuantWare 推出了首款商用超导量子处理器(QPU)。虽然到目前为止量子处理器仅供谷歌和 IBM 等大公司使用,但 QuantWare 希望以合理的成本向研究人员和公司提供超导 QPU——加速量子计算机的市场化进程。QuantWare 目前提供一种量子限制行波参量放大器 Crescendo;五量子位 QPU,Soprano;和一个 25 量子位 QPU,Contralto。

 

QuantWare 联合创始人 Matthijs Rijlaarsdam 将该公司的五量子比特 Soprano QPU 对量子市场的影响与英特尔 4004 对半导体业务的影响进行了比较。由于超导量子位具有高度可扩展性和可定制性,Rijlaarsdam 认为超导 QPU 是近期量子计算应用的首选。

 

商业化之路

虽然量子计算可以彻底改变我们所知道的计算方式,但该技术距离大规模生产还很遥远。对建筑和制造业的担忧仍然困扰着行业参与者。

过去,量子计算机只能在 -273°C 左右运行——这个温度比外太空的温度还要低。研究人员一直在研究可以在室温下运行的量子位或“热量子位”,以解决这个问题。澳大利亚-德国初创公司 Quantum Brilliance 正在使用不需要绝对零温度即可运行的基于金刚石的量子加速器,允许开发人员将量子硬件从温控实验室带到现场。

根据福布斯撰稿人杰里米希尔顿的说法,三个关键指标表明量子技术的商业可行性即将到来:量子技术的早期采用者激增,量子先驱的崛起以及提供软件和咨询资源的量子支持者生态系统的不断壮大。

英特尔、Quantum Motion 和 QuantWare 等许多公司表明,虽然量子商业化的道路是漫长的,但可用的量子硬件已经在早期采用者中出现。更广泛的采用可能是未来几年可扩展生产和基础设施支持的问题。