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(guān)卡！據國盾量子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(jiǎn)稱(chēng)“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”。

據了解，測控系統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，測控系統通過(guò)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(zhù)量子計算機的整體性能。為了全面驗證大規模測控系統的各項性能指標，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(guān)注。據悉，此次發(fā)布的“驍鴻”芯片在集成超過(guò)500比特的同時(shí)，量子比特的壽命、門(mén)保真度、門(mén)深度、讀取保真度等關(guān)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——ez-Q Engine 2.0的實(shí)測，進(jìn)行單比特門(mén)、雙比特門(mén)、讀取操作及測控系統性能測試，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。

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

后續，“驍鴻”將用于驗證國盾量子自主研制的千比特測控系統，并計劃通過(guò)“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(kāi)放。

目前，超導量子計算是業(yè)界公認的量子計算技術(shù)路線(xiàn)，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)節來(lái)講，超導量子計算技術(shù)體系中，包含硬件、芯片、操作系統3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

其中，超導量子芯片被稱(chēng)為超導量子計算機的“大腦”，能夠以極高的效率執行超復雜的計算任務(wù)。另外一個(gè)重要的系統，即測控系統，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(kāi)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象，采用量子比特（qubit）作為信息存儲和處理單元，從而實(shí)現量子計算的芯片。

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之間的現行組合中存在，處于疊加態(tài)，也就使得在同一時(shí)間內，量子比特可以同時(shí)表示多個(gè)狀態(tài)。這使得量子計算在并行處理和搜索問(wèn)題時(shí)具備優(yōu)勢。

從生產(chǎn)難點(diǎn)角度上看，超導量子芯片除了一般芯片的難點(diǎn)之外，還需要考慮多個(gè)方面的挑戰，比如量子芯片設計比傳統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(lèi)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(shí)，電阻為零，電流可以無(wú)損耗地流動(dòng)。利用這一特性，超導量子芯片實(shí)現了量子比特的高效操作和穩定存儲。

此外，關(guān)于國際上超導材料的動(dòng)態(tài)：據了解，2023年3月美國物理學(xué)會(huì )上來(lái)自羅切斯特大學(xué)的科學(xué)家迪亞斯宣布發(fā)現室溫超導材料；同年7月，韓國的科研團隊發(fā)表論文表示，其在實(shí)驗室里實(shí)現了室溫超導，在室溫條件下，能實(shí)現電阻為零。零電阻意味著(zhù)不會(huì )發(fā)熱，形成的磁場(chǎng)也就特別穩定。

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(shí)現“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(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)、設計、封裝、測試的超導量子芯片交付給了中東的科研機構。據悉，2023年4月，量旋科技對外發(fā)布了超導量子芯片“量旋少微”，該芯片是全球為數不多標準化、量產(chǎn)型的超導量子芯片產(chǎn)品。

根據介紹，在完整的超導量子芯片生產(chǎn)線(xiàn)保障之下，“量旋少微”的退相干時(shí)間T1，達到了業(yè)內領(lǐng)先的10~100微秒，更長(cháng)的T1可以保證更多的門(mén)操作，也能提高邏輯門(mén)保真度的上限。此外，“量旋少微”能夠執行數十納秒量級的單雙比特門(mén)操作，并且能夠實(shí)現99.9%以上的單比特門(mén)保真度和98%以上的雙比特門(mén)保真度。

2024年1月，量子計算芯片安徽省重點(diǎn)實(shí)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(gè)計算量子比特的設計方案，還包含126個(gè)耦合器量子比特，共有198個(gè)量子比特，其實(shí)際運行狀態(tài)下的比特弛豫時(shí)間T1≥15.3μs，退相干時(shí)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(shí)間，性能上有顯著(zhù)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，能夠實(shí)現量子疊加和糾纏等特性。量子計算芯片安徽省重點(diǎn)實(shí)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(zhù)中國超導量子計算機制造能力從小規模開(kāi)始進(jìn)入中等規模階段，具備了自主生產(chǎn)一定中等規?？蓴U展的量子計算機芯片和系統的能力。

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(hù)后完成性能測試。

結果顯示，該設備實(shí)際運行指標達同類(lèi)產(chǎn)品國際主流水平，成為國內首款可商用可量產(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(guān)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。