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英飞凌加入德国大学量子处理器联盟

2021年2月11日通过路加福音詹姆斯

包括英飞凌在内的一组欧洲研究人员相信,他们已经确定了一个硬件研究领域,可能会开启量子计算的进一步发展:基于超导量子比特的处理器。

量子计算机为它们提供动力的处理器有望有效地解决目前计算机无法解决的问题。如果这些措施得到广泛实施,在商业上具有可行性,那么从汽车业到金融业,这些行业都将发生翻天覆地的变化。

同时,这项技术的一些有希望的进步已经实现在美国,全功能量子计算机仍有很长的路要走。在硬件和软件方面,仍需要大量改进。

运行量子计算机所需的基本组件

运行量子计算机所需的基本组件。图片由国家科学院工程医学

现在,为了加速量子计算的实现,英飞凌科技公司——以其微控制器、传感器和电力半导体而闻名——已经使用了动力系统和安全系统宣布参与一项由超导量子位组成的量子处理器的研究项目

一个量子量子位处理器

为了在未来四年内实现这一目标,该项目被称为基于超导量子比特的德国量子计算机(GeQCoS)项目,已经获得了德国政府1450万欧元的奖励。有了它,该项目将开发一个量子处理器原型,它将由一些“从根本上改进了组件”的超导量子位组成。

一种基于超导量子位元的量子处理器的可视化表示

一种基于超导量子位元的量子处理器的可视化表示。图片由Chris Hohmann和the弗劳恩霍夫IAF

这项技术的核心是量子计算机的基本构件——量子比特(“qubits”),它是通过在超导电路中无电阻流动的电流来实现的。这些电流能够抵抗外部干扰,并能在很长一段时间内保持其量子特性。与可靠和可扩展的制造方法相结合,这导致了领先的量子技术,该技术已被用于建造世界上第一个量子处理器。

GeQCoS项目计划在此基础上改进量子比特连接即:即单个量子位元之间连接的数量。它还旨在提高量子位元的质量,以增强处理器快速产生所需量子态的能力。

适合量子应用的处理器平面

研究人员表示,他们正在特别关注硬件和软件之间的相互作用,而量子计算硬件的一个特别具有挑战性的领域是构建满足量子算法复杂性的鲁棒处理器平面

一种有希望的方法将这个平面分成两部分:1)一个“运行”量子程序的经典处理器;2)一个可扩展的自定义硬件块,它与控制和测量平面接口。第二个硬件块将把主控制器输出的高级指令与综合症测量值结合起来,以计算在量子位上执行的下一个操作。

这里的主要挑战是创建足够快的可扩展硬件。

英飞凌的贡献

联合在一起推进量子计算研究的科学家是Walther Meißner研究所(WMI),卡尔斯鲁厄理工学院(KIT),弗里德里希亚历山大埃尔兰根-纽伦堡大学(FAU), Forschungszentrum Jülich (FZJ)和弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)。英飞凌是最新加入的玩家。

虽然英飞凌在新闻发布会上没有详细说明其具体的贡献,但它指出了英飞凌作为半导体制造商的专业知识,以及其在规模化和制造工艺方面的技能。

我们所知道的是,英飞凌过去曾与因斯布鲁克大学的物理学家合作,研制出一种离子阱量子处理器。据信,该公司正在与其他合作伙伴合作,应用这种量子技术。

英飞凌技术与创新高级总监塞巴斯蒂安•鲁伯表示:“量子计算已经到了需要将科学转化为实际应用的地步。”

鲁伯接着承认,量子处理器需要一些芯片级的改进,以实现可扩展的制造——甚至在工业规模上。他补充说:“关键是要向前进,即使还不清楚哪种技术最适合。”