中國首顆！500+比特超導(dǎo)量子計算芯片交付

國產(chǎn)芯片研發(fā)再破關(guān)卡！據(jù)國盾量子4月25日消息，中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院（以下簡稱“量子創(chuàng)新院”）向該公司交付了一款504比特超導(dǎo)量子計算芯片“驍鴻”。

1、“驍鴻”問世！

據(jù)了解，測控系統(tǒng)和量子計算芯片是量子計算機不可或缺的核心硬件組件。其中，測控系統(tǒng)通過與量子計算芯片的精密交互，確保信號的準(zhǔn)確生成、傳輸和處理，從而深刻影響著量子計算機的整體性能。為了全面驗證大規(guī)模測控系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)，量子創(chuàng)新院特別定制研發(fā)了這款504比特的“驍鴻”量子計算芯片。

“驍鴻”量子芯片一經(jīng)發(fā)布，便引起業(yè)界廣泛關(guān)注。據(jù)悉，此次發(fā)布的“驍鴻”芯片在集成超過500比特的同時，量子比特的壽命、門保真度、門深度、讀取保真度等關(guān)鍵指標(biāo)，有望達到IBM等國際主流量子計算云平臺的芯片性能。

據(jù)介紹，本次發(fā)布的“驍鴻”芯片，將用于國盾量子千比特超導(dǎo)量子計算測控系統(tǒng)——ez-Q Engine 2.0的實測，進行單比特門、雙比特門、讀取操作及測控系統(tǒng)性能測試，測試工作預(yù)計在今年8月前完成。值得一提的是，新測控系統(tǒng)在集成度上較上一代產(chǎn)品提升了10倍以上，且核心元器件采用了國產(chǎn)化設(shè)計，這不僅提高了操控精度，還大幅降低了成本。

該芯片刷新了國內(nèi)超導(dǎo)量子比特數(shù)量的紀(jì)錄。不過，“驍鴻”芯片主要考慮通過集成更多的比特數(shù)和實現(xiàn)各單項指標(biāo)，綜合性能與量子創(chuàng)新院團隊此前創(chuàng)造量子糾纏數(shù)世界紀(jì)錄的“祖沖之二號”芯片尚有差距，不具備實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”的能力。

后續(xù)，“驍鴻”將用于驗證國盾量子自主研制的千比特測控系統(tǒng)，并計劃通過“國盾量子計算云平臺”、中電信量子集團“天衍”量子計算云平臺，向全球開放。

2、超導(dǎo)量子計算機“大腦”

目前，超導(dǎo)量子計算是業(yè)界公認的量子計算技術(shù)路線，也是量子計算機的一種，但運算速度更快。從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來講，超導(dǎo)量子計算技術(shù)體系中，包含硬件、芯片、操作系統(tǒng)3個關(guān)鍵點。

其中，超導(dǎo)量子芯片被稱為超導(dǎo)量子計算機的“大腦”，能夠以極高的效率執(zhí)行超復(fù)雜的計算任務(wù)。另外一個重要的系統(tǒng)，即測控系統(tǒng)，被看作是量子世界的指揮官，負責(zé)精確操控和測量微小的量子比特。

公開資料顯示，超導(dǎo)量子芯片，是一種基于超導(dǎo)材料制成的量子計算設(shè)備。與傳統(tǒng)芯片不同，這是一種基于量子力學(xué)原理運行，利用量子疊加和量子糾纏等現(xiàn)象，采用量子比特（qubit）作為信息存儲和處理單元，從而實現(xiàn)量子計算的芯片。

值得關(guān)注的是，量子計算優(yōu)于經(jīng)典計算，關(guān)鍵就在于量子比特可以在0和1之間的現(xiàn)行組合中存在，處于疊加態(tài)，也就使得在同一時間內(nèi)，量子比特可以同時表示多個狀態(tài)。這使得量子計算在并行處理和搜索問題時具備優(yōu)勢。

從生產(chǎn)難點角度上看，超導(dǎo)量子芯片除了一般芯片的難點之外，還需要考慮多個方面的挑戰(zhàn)，比如量子芯片設(shè)計比傳統(tǒng)計算機芯片更為復(fù)雜，材料選擇和制造工藝上也有所限制，量子比特一致性及穩(wěn)定性難以控制，以及測量和控制技術(shù)需要跟上新技術(shù)的變化，提高量子芯片的性能和可靠性。

其中，該類芯片需要用到的是高質(zhì)量的超導(dǎo)材料，如鋁、銅、鈮等。超導(dǎo)材料的特性在于當(dāng)溫度降至某一臨界溫度以下時，電阻為零，電流可以無損耗地流動。利用這一特性，超導(dǎo)量子芯片實現(xiàn)了量子比特的高效操作和穩(wěn)定存儲。

此外，關(guān)于國際上超導(dǎo)材料的動態(tài)：據(jù)了解，2023年3月美國物理學(xué)會上來自羅切斯特大學(xué)的科學(xué)家迪亞斯宣布發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)材料；同年7月，韓國的科研團隊發(fā)表論文表示，其在實驗室里實現(xiàn)了室溫超導(dǎo)，在室溫條件下，能實現(xiàn)電阻為零。零電阻意味著不會發(fā)熱，形成的磁場也就特別穩(wěn)定。

3、國產(chǎn)超導(dǎo)量子計算屢獲突破

近年，超導(dǎo)量子計算得到了很大的發(fā)展，中國先后構(gòu)建了62比特超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之號”和66比特的“祖沖之二號”，在超導(dǎo)量子體系實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”。除了上述“驍鴻”超導(dǎo)量子計算芯片的發(fā)布，國產(chǎn)超導(dǎo)量子計算已多次沖破關(guān)卡。

2023年11月，中國深圳企業(yè)量旋科技（SpinQ）成功將自主研發(fā)、設(shè)計、封裝、測試的超導(dǎo)量子芯片交付給了中東的科研機構(gòu)。據(jù)悉，2023年4月，量旋科技對外發(fā)布了超導(dǎo)量子芯片“量旋少微”，該芯片是全球為數(shù)不多標(biāo)準(zhǔn)化、量產(chǎn)型的超導(dǎo)量子芯片產(chǎn)品。

根據(jù)介紹，在完整的超導(dǎo)量子芯片生產(chǎn)線保障之下，“量旋少微”的退相干時間T1，達到了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的10~100微秒，更長的T1可以保證更多的門操作，也能提高邏輯門保真度的上限。此外，“量旋少微”能夠執(zhí)行數(shù)十納秒量級的單雙比特門操作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)99.9%以上的單比特門保真度和98%以上的雙比特門保真度。

2024年1月，量子計算芯片安徽省重點實驗室、安徽省量子計算工程研究中心聯(lián)合發(fā)布了中國第三代自主超導(dǎo)量子芯片——“悟空芯”(夸父 KF C72-300)。該芯片采用了72個計算量子比特的設(shè)計方案，還包含126個耦合器量子比特，共有198個量子比特，其實際運行狀態(tài)下的比特弛豫時間T1≥15.3μs，退相干時間 T2≥2.25μs。與前兩代量子芯片相比，第三代超導(dǎo)量子芯片具有更高的相干時間，性能上有顯著提升。

該超導(dǎo)量子芯片已在中國第三代自主超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”上運行，能夠?qū)崿F(xiàn)量子疊加和糾纏等特性。量子計算芯片安徽省重點實驗室副主任賈志龍表示，“悟空芯”以及“本源悟空”量子計算機的發(fā)布，意味著中國超導(dǎo)量子計算機制造能力從小規(guī)模開始進入中等規(guī)模階段，具備了自主生產(chǎn)一定中等規(guī)?？蓴U展的量子計算機芯片和系統(tǒng)的能力。

2月下旬，安徽省量子信息工程技術(shù)研究中心及科大國盾量子技術(shù)股份有限公司聯(lián)合發(fā)布消息，國產(chǎn)稀釋制冷機ez-QFridge在交付客戶后完成性能測試。

結(jié)果顯示，該設(shè)備實際運行指標(biāo)達同類產(chǎn)品國際主流水平，成為國內(nèi)首款可商用可量產(chǎn)的超導(dǎo)量子計算機用稀釋制冷機。稀釋制冷機是構(gòu)建超導(dǎo)量子計算機的關(guān)鍵核心設(shè)備，可為超導(dǎo)量子計算芯片提供接近絕對零度的超低溫環(huán)境。