跨时代里程碑，世界首个量子计算机集成电路推出

今日，澳大利亚硅量子计算公司 (SQC) 宣布[1]，推出世界上第一个在原子尺度上制造的集成电路，即量子计算机集成电路，它包含经典计算机芯片上的所有基本组件。

该成果无疑是量子计算发展历上的一个重大里程碑，这意味着大规模量子计算机不远了。

01. 集成电路的超越

第一个经典计算机晶体管是在1947年创造，第一个集成电路是在1958年建造，这两项发明相隔11年。

 图｜集成电路

而澳大利亚硅量子计算公司西蒙斯团队在2012年创造了第一个量子晶体管，在短短9年的时间内，实现了量子集成电路，相较于经典计算机晶体管的集成，提前了2年的时间实现。

资深作者、量子物理学家、硅量子计算公司创始人、新南威尔士大学量子计算和通信技术卓越中心主任米歇尔西蒙斯（Michelle Simmons）表示，这是我职业生涯中最激动人心的发现。

02. 量子处理器的性能已被证明

西蒙斯和她的团队不仅创造了本质上是一个功能性的量子处理器，他们还通过对一个小分子建模成功地进行了测试，其中每个原子都有多个量子状态，这是传统计算机难以实现的。

这表明我们现在离最终使用量子处理能力更深入地了解我们周围的世界更近了一步，即使是在最小的规模上也是如此。

SQC 的团队使用这种量子处理器准确地模拟了一个小的有机聚乙炔分子的量子态，最终证明了该公司的量子系统建模技术的有效性。

  图｜聚乙炔分子

为了实现量子计算的这一飞跃，研究人员在超高真空中使用扫描隧道显微镜，以亚纳米的精度放置量子点。

每个量子点的位置需要恰到好处，以便电路能够模仿电子如何沿着聚乙炔分子中的一串单键和双键碳原子跳跃。

最棘手的部分在于弄清楚：

• 每个量子点中究竟应该有多少个磷原子；

• 每个量子点应该相隔多远；

• 设计一台机器，可以将微小的量子点以完全正确的排列方式放入硅芯片中。

研究人员说，如果量子点太大，两个点之间的相互作用就会变得 "太大，无法独立控制它们"。

如果量子点太小，那么就会引入随机性，因为每个额外的磷原子都会大大改变向量子点添加另一个电子所需的能量。

最终的量子芯片包含10个量子点，每个都是由少量的磷原子组成的。

通过在量子点之间放置比单碳键更小的距离来模拟双碳键。

选择聚乙炔是因为它是一个众所周知的模型，因此可以用来证明计算机正确地模拟了电子在分子中的运动。

之所以需要量子计算机，是因为经典计算机无法模拟大分子，因为它们实在是太复杂了。

例如，要创建一个有41个原子的青霉素分子的模拟，经典计算机将需要10^86个晶体管，这是 “比可观测的宇宙中的原子数还要多的晶体管“。

对于量子计算机来说，它只需要一个拥有286-qubits 的量子处理器。

03. Martinis所说的独门绝技

由于科学家们目前对分子在原子尺度上如何运作的能见度有限，因此在创造新材料方面有很多猜测工作。

量子计算可以颠覆很多行业，如医疗保健、药物开发  、 数据分析、供应链管理等，通过使用多维表示，量子计算机所能带来的影响将远超超级计算机。

而今日硅量子计算公司推出的量子计算机集成电路，无疑加速了通用量子计算机的进程。

图｜Michelle Simmons教授与Martinis教授（来源：innovationaus）

2020年9月，曾帮助科技巨头谷歌取得量子霸权优势的谷歌前首席量子科学家John Martinis加入SQC时就曾表示：

“我选择来到 SQC，是因为他们在硅量子计算领域有独门绝技。世上没有其他公司能做到SQC所能做到的。”

这是否验证了Martinis当时所说的独门绝技？

而Martinis所说的毕生追求——建造一台真正的量子计算机，也许即将在SQC实现。

引用：

[1]https://sqc.com.au/2022/06/23/silicon-quantum-computing-announces-worlds-first-quantum-integrated-circuit/