全球首台硅基量子计算机问世

2025-09-30

据美国《福布斯》杂志网站9月27日报道，一家英国初创公司研制出全球首台硅基量子计算机，所采用的是与几乎所有现代数字电子产品相同的晶体管技术。该计算机采用的是互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片制造工艺，这种工艺同样用于生产智能手机、笔记本电脑、数码相机等设备的芯片。

CMOS技术应用极为广泛，原因在于其制造的芯片在闲置状态下不耗电。将该技术融入量子计算机，为量子计算机的广泛应用和低成本制造铺平了道路。

这款由英国量子运动公司打造的量子计算机的另一大重要特点是体积相对小巧。仅需3个19英寸（约合48.26厘米）的服务器机柜即可将其容纳，其中包括集成控制电子设备和稀释制冷机，用于操控量子比特，并创造维持其脆弱量子态所需的极低温环境。

该系统结合了量子处理单元、用户界面和行业标准控制软件，构成了一个完整的量子计算平台。它采用的是自旋量子比特，这类量子比特将量子信息编码在基本粒子(最常见的是单个电子)的自旋中。

量子运动公司的代表在9月15日的一份声明中表示，该系统还具有高度可扩展性。其量子处理单元本身基于“瓦片架构”。

量子处理单元将必要的计算、读出和控制元件浓缩到一个密集的阵列中，该阵列可在单块芯片上重复部署。量子运动公司的代表称，这意味着未来迭代的量子处理单元(即量子计算发生的物理硬件)可升级至包含数百万个量子比特，且该系统能让该公司未来版本的量子处理单元轻松替换现有处理器。

该公司代表指出，该系统是在10年内推出具备商业可行性的量子计算机的第一步。

这一系统也是在英国国家量子计算中心“量子计算试验台计划”支持下研发的首台硅自旋量子比特计算机。该计划旨在利用不同技术打造7台量子计算机原型，并测试其可行性。

这台量子计算机的研发基于量子运动公司和伦敦大学学院合作开展的研究，旨在打造容错性更强的量子系统。该研究实现了2量子比特门98%的准确率，而2量子比特门是量子电路的基本构建模块。98%的准确率在这台新计算机所使用的基于300毫米晶圆、由天然硅制造的量子比特中处于世界领先水平。

容错性对于量子计算至关重要，因为量子比特以脆弱且易出错而闻名。这种不稳定性源于量子比特的退相干特性。

叠加态(量子比特可同时存在于多种状态的能力)和纠缠态(两个或多个量子比特相互关联、无论相距多远都共享同一状态的能力，因此改变一个量子比特会同时改变另一个量子比特)是量子计算的核心，但这两种状态都十分脆弱，即便与环境发生最轻微的相互作用，都可能被破坏。

温度变化、电磁干扰或其他环境因素都可能扭曲或破坏这些特性，导致计算结果不准确。这种脆弱性是实现可扩展、高性能量子计算的最大障碍之一。这也是为何大量量子计算研究都集中在量子纠错领域。

作为硅基量子纠错项目的一部分，量子运动公司利用由标准300毫米半导体制造工艺打造的硅自旋量子比特及其纠错研究成果，构建容错架构。这种架构有望扩展至实现量子优势所需的数百万个量子比特的规模。

此类制造工艺相比其他工艺的主要优势在于硅制造的通用性。由于大规模生产这类芯片所需的设施、标准和技术已十分成熟，因此与其他更独特的组件相比，它们的生产成本更低，生产速度更快，生产规模也更大。