在争夺制造世界上第一台实用量子计算机的竞赛中，一家公司采取了与领先者截然不同的方法。常规方法是逐步增加这些设备的规模和功率，并在过程中进行测试。
但总部位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的初创公司 PsiQuantum，正在押注于相反的方法。该公司大力投资于与现有芯片制造工厂兼容的量子技术。通过利用这些工厂，他们的目标是从一开始就大规模生产强大的硅基量子计算机。
本周，他们公布了这种方法取得的进展，并讨论了仍然面临的挑战。
光子枪
PsiQuantum 成立于 2016 年，在 2021 年筹集了 7 亿美元以实现十年内制造出实用量子计算机的目标时，引起了广泛关注。本周，该公司宣布从澳大利亚政府获得了类似的注资，总融资金额达到约 13 亿美元。这使其成为历史上融资最多的初创公司之一。
人们对此感到兴奋，很大程度上是因为 PsiQuantum 独特的方法。一个关键的决定是它对量子比特（qubits）的选择。其他公司则专注于超导量子比特、离子阱、中性原子、量子点等。
PsiQuantum 选择使用光子。优点是光子不易与环境相互作用，因此它们的量子性质相对稳定。这对计算很重要。
但矛盾的是，这种不愿相互作用的特性也是光子的主要缺点。很难让它们以信息处理的方式相互作用。
但已有多个研究团队展示了光学量子计算，而 PsiQuantum 正是由伦敦帝国理工学院和布里斯托大学的该领域研究人员创立的。
光学量子计算的工作原理是创建光子或光子对，将它们引导通过刻在硅上的通道，在那里它们可以相互作用，然后用高度专业的探测器测量它们的性质。
PsiQuantum 打算用硅晶圆来完成所有这些。他们大胆的想法是，我们已经知道如何通过大规模生产来制造硅芯片。芯片制造工厂的建设成本高达数十亿美元，因此能够利用现有技术具有显著优势。
通过制造更大、更密集封装的芯片，光学量子计算机可以相对轻松地扩展。与其他设计不同，后者的扩展将更加困难。
因此，所有的重点都放在如何使光学量子计算芯片的制造与传统制造工厂兼容上。
这不像听起来那么容易。因此，本周公布其进展的论文备受期待。
该团队已经实现了许多目标。“我们修改了成熟的光子集成电路制造流程，以包含高性能单光子探测和光子对生成，”他们说。“据我们所知，这是第一个能够实现片上光子量子比特生成、操控和探测的光子集成技术平台。”
但前方仍有许多重要的步骤。PsiQuantum 仍需开发各种“下一代技术”，以实现大规模光子量子计算的可行性。“有必要进一步降低氮化硅材料和器件损耗，提高滤波器性能，并提高探测器效率，以降低整体光子损耗和提高保真度，”该团队表示。
例如，集成在波导中的片上光子探测器需要能够计数单个光子。片上光子波导需要更低的损耗。也许最大的挑战在于开发能够快速重新配置光学电路的高速光电器件。
材料挑战
PsiQuantum 正在使用钛酸钡 (BTO) 制造这些开关，这是一种必须纳入制造过程的材料。“我们已经开发出一种专有工艺，使用分子束外延技术生长高质量的 BTO 薄膜，并与铸造厂工艺兼容，”他们说。
所有这些看起来都很令人印象深刻，但论文中并未包含量子计算本身的演示。
也许现在期待这一点还为时过早。公平地说，使用这些类型的系统在小范围内进行基础光子量子计算早已成为可能。
“我们开发的唯一目的是制造一台实用的容错量子计算机，”他们说。PsiQuantum 在其他地方也表示，其目标是在 2029 年实现这一目标。
当然，它面临着其他量子计算机制造商的激烈竞争。这将是一场激动人心的竞赛，（量子）时钟正在滴答作响。
参考：一种可制造的光子量子计算平台： arxiv.org/abs/2404.17570
