加拿大Xanadu量子技術公司開發(fā)出全球首臺可擴展光量子計算機原型。該公司在最新一期《自然》雜志上發(fā)表文章詳細介紹了其設計和構建過程，并展示了該原型機如何能夠靈活擴展至所需規(guī)模。這項突破為未來大規(guī)模量子計算的發(fā)展奠定了重要基礎。

系統(tǒng)和主要模塊示意圖。

圖片來源：英國《自然》雜志

研究人員采用了模塊化設計理念來構建這臺量子計算機。初始階段，他們構建了一個包含少量量子位的基本單元，適用于最基礎的應用場景。隨著需求增長，可以通過添加更多相同類型的單元來擴展計算能力。這些單元通過網絡協(xié)同工作，共同構成一臺大型計算機。每個新增的單元或量子服務器機架都會增加整體處理能力。

研究人員指出，數(shù)千個這樣的單元可以通過光纖電纜連接，從而創(chuàng)建具有巨大處理能力的大型量子計算機。由于整個系統(tǒng)基于光子技術，因此無需將光子組件與傳統(tǒng)電子組件結合使用。

為了驗證這一理念，研究人員構建了一個由四個服務器機架組成的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)用84個壓縮器，形成了一個擁有12個物理量子位的計算機。其中，第一個機架配置了輸入激光器，而其他三個機架則包含了五個主要子系統(tǒng)：量子位生成源、量子位存儲緩沖區(qū)、用于提高質量和產生糾纏態(tài)的優(yōu)化系統(tǒng)、輔助糾纏和聚類的路由系統(tǒng)，以及執(zhí)行最終計算任務的量子處理單元。特別的是，由于系統(tǒng)完全基于光子技術，所以它能夠在室溫下運行，不需要冷卻設備。

研究人員通過創(chuàng)建一種獨特的糾纏態(tài)，測試了系統(tǒng)的性能。實驗結果令人滿意，表明該系統(tǒng)不僅能執(zhí)行復雜的大型計算任務，而且具備高度的容錯性。該成果不僅展示了量子計算的巨大潛力，還為未來技術發(fā)展提供了新的方向和可能性。