系統(tǒng)和主要模塊示意圖。圖片來源:英國《自然》雜志

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。這項突破為未來大規(guī)模量子計算的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

研究人員采用了模塊化設(shè)計理念來構(gòu)建這臺量子計算機(jī)。初始階段,他們構(gòu)建了一個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)成一臺大型計算機(jī)。每個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算機(jī)。由于整個系統(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。

為了驗證這一理念,研究人員構(gòu)建了一個由四個服務(wù)器機(jī)架組成的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)用84個壓縮器,形成了一個擁有12個物理量子位的計算機(jī)。其中,第一個機(jī)架配置了輸入激光器,而其他三個機(jī)架則包含了五個主要子系統(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)雜的大型計算任務(wù),而且具備高度的容錯性。該成果不僅展示了量子計算的巨大潛力,還為未來技術(shù)發(fā)展提供了新的方向和可能性。