中國首顆！500+比特超導量子計算芯片交付

國產(chǎn)芯片研發(fā)再破關卡！據(jù)國盾量子4月25日消息，中國科學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比特超導量子計算芯片“驍鴻”。

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，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、讀取保真度等關鍵指標，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)超導量子比特數(shù)量的紀錄。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，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。

目前，超導量子計算是業(yè)界公認的量子計算技術路線，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，超導量子計算技術體系中，包含硬件、芯片、操作系統(tǒng)3個關鍵點。

其中，超導量子芯片被稱為超導量子計算機的“大腦”，能夠以極高的效率執(zhí)行超復雜的計算任務。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，負責精確操控和測量微小的量子比特。

公開資料顯示，超導量子芯片，是一種基于超導材料制成的量子計算設備。與傳統(tǒng)芯片不同，這是一種基于量子力學原理運行，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。

值得關注的是，量子計算優(yōu)于經(jīng)典計算，關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)，比如量子芯片設計比傳統(tǒng)計算機芯片更為復雜，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需要跟上新技術的變化，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)量的超導材料，如鋁、銅、鈮等。超導材料的特性在于當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，關于國際上超導材料的動態(tài)：據(jù)了解，2023年3月美國物理學會上來自羅切斯特大學的科學家迪亞斯宣布發(fā)現(xiàn)室溫超導材料；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，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。

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

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

根據(jù)介紹，在完整的超導量子芯片生產(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，第三代超導量子芯片具有更高的相干時間，性能上有顯著提升。

該超導量子芯片已在中國第三代自主超導量子計算機“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)模可擴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研究中心及科大國盾量子技術股份有限公司聯(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。

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