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编译服务: 精密测量科技动态监测平台 编译者: marcus2017 编译时间: 2023-6-9 点击量: 9

2023月5月24日,包括理化学研究所(RIKEN)、国家先进工业科技研究所(AIST)、国家信息与通信技术研究所(NICT)、大阪大学、富士通有限公司(Fujitsu)和日本电报电话公司(NTT)在内的联合研究伙伴宣布,成功开发了日本第一台超导量子计算机。从2023年3月27日开始,合作伙伴将根据与理化学研究所的联合研究协议,将新开发的技术作为云服务提供给日本的用户,供其非商业使用。这项新技术代表了日本向更广泛地使用量子计算迈出的重要一步。

量子时代的来临:计算技术的新领域

自二十世纪初以来,量子力学作为物理学的基础理论一直备受关注,为各个科学领域的发展奠定了基础。尤其是包括量子叠加和量子纠缠在内的现象,为当今科学技术的发展做出了巨大贡献。然而,从量子信息科学的角度来看,量子力学的潜力还没有被充分挖掘出来。因此,将量子力学的基本原理应用于计算、通信和测量等技术领域的研发工作在全球范围内得到了蓬勃发展。

为了进一步推动量子信息科学的研究,RIKEN于2001年成立了宏观量子相干研究小组,并于2021年成立了理化所量子计算中心,专注于量子计算的研发。量子计算中心不仅对超导量子计算机硬件进行研发,还对各种物理系统进行研发,包括光子学研究、半导体方法以及使用真空中原子的方法。理化所正在进一步推动量子软件的研发,包括量子计算理论、量子算法和量子架构,从而涵盖了量子计算的整个研发范围。

2021年,RIKEN和富士通在理化所内设立了 "理化所-富士通合作中心"。研究成果也在新开发的超导量子计算机云服务中得到利用。RIKEN和富士通将进一步利用他们在计算技术和应用量子技术方面的专业知识,在2023财政年度末提供用于工业的超导量子计算机。

研究方法和结果

新开发的超导量子计算机使用具有64个量子比特的集成电路,具有两个特殊的特点:二维集成电路和垂直布线包。在二维集成电路中,四个量子比特被排列成一个正方形,每个量子比特通过量子比特间的连接与相邻的比特相连。此外,用于多重读出的读出谐振器和滤波电路也被安排在广场上。这个由四个量子比特组成的基本单元可以在两个维度上排列,形成一个量子比特集成电路。64个量子比特集成电路由16个这样的基本单元组成,在一个两厘米见方的硅芯片上形成。

此外,如果布线与系统中的量子比特在同一个平面上,那么对于芯片中排列的量子比特的数量来说,向外布线的空间是不够的,所以有必要设计出控制单个量子比特和布线的方法来进行读出。因此,联合研究小组采用了一种基于垂直布线包的设计,即在二维平面上阵列的量子比特到芯片的布线是垂直连接的。研究小组正在进一步开发一种布线包,可以一次性实现对量子比特集成电路芯片的布线。

利用二维集成电路和垂直布线封装的特点,形成了一个高度可扩展的系统,其中的量子比特数量可以轻松增加。这使得新开发的系统在不改变基本设计的情况下实现了大规模化。

控制量子比特的信号使用在微波频率(8-9GHz)下振荡的电压脉冲。然而,由于每个量子比特需要不同的微波频率,联合研究小组开发了一个控制器,能够以高精度产生稳定的微波相位。该小组还为控制量子比特的控制器开发了软件。

从2023年3月27日开始,理化所将把新开发的超导量子计算技术作为 "量子计算云服务",根据联合研究协议提供给日本的研究人员和工程师进行非商业使用。用户将能够在联合研究协议的范围内使用新的超导量子计算机进行工作,并可以通过云计算发送数据/接收结果。

在未来,联合研究小组将进一步加强新系统,以实现更多量子比特的量子计算操作,并增加稀释冰箱内的布线密度。研究小组将进一步提供超导量子计算机的使用权,作为嘈杂的中尺度量子(NISQ)计算机的测试平台。基于新开发的服务,研究伙伴将通过与量子软件开发商、量子计算研究人员和企业开发人员的深入合作,进一步加快量子计算的研发。

未来计划

以高度可扩展的集成电路为核心技术,联合研究小组将继续致力于实现100和1000个量子比特的量子计算机,并推动进一步的研发,以实现100万个量子比特的集成和实现容错的量子计算的实际应用。

 

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