关键瓶颈突破：量子计算机芯片攻克重大制造难题

一家初创公司证明其硅量子芯片可以在不损失精度的情况下实现大规模制造。

悉尼新南威尔士大学（UNSW）的初创公司Diraq已证明，其量子芯片不仅在受控实验室环境中有效，而且在真实世界生产中也能保持性能。这些芯片持续实现99%的准确度，这一基准被认为是使量子计算机实用化的必要条件。

为实现这一里程碑，Diraq与欧洲研究机构Interuniversity Microelectronics Centre（imec）合作。该合作证实，通过标准半导体制造流程生产的芯片，与在新南威尔士大学研究实验室中生产的芯片具有相同的高可靠性。

据Diraq创始人兼首席执行官、新南威尔士大学工程学教授Andrew Dzurak介绍，此前尚未有证据表明，在实验室原型中实现的准确度（在量子计算中称为保真度）能够在大规模制造中被成功复制。

“现在很清楚，Diraq的芯片与已存在数十年的制造工艺完全兼容。”

全球基准

在《自然》杂志上发表的一篇论文中，研究团队报告称，由Diraq设计、imec制造的器件在涉及两个量子比特（qubits）的操作中实现了超过99%的保真度。

这一结果是Diraq量子处理器实现“实用规模”的关键一步。“实用规模”指的是量子计算机的商业价值超过其运营成本的临界点。

这是美国国防高级研究计划局（DARPA）运行的“量子基准计划”设定的关键指标，该计划旨在评估Diraq和其他17家公司能否在2033年前实现这一目标。

实用规模的量子计算机有望解决当今最先进的高性能计算机也无法解决的问题。但突破实用规模阈值需要在数百万个量子比特中存储和操纵量子信息，以克服与脆弱量子态相关的错误。

Dzurak教授说：“实现量子计算的实用规模，取决于能否找到一种商业上可行的方式，大规模生产高保真度的量子比特。”

“Diraq与imec的合作清楚地表明，硅基量子计算机可以利用成熟的半导体工业来构建，这为制造包含数百万个量子比特的芯片开辟了一条成本效益高的道路，同时还能最大化保真度。”

硅材料在量子发展中的优势

在量子计算机探索的材料中，硅正成为领跑者。它可以将数百万个量子比特集成到单个芯片上，并能与当今价值数万亿美元的微芯片产业无缝协作，利用了将数十亿晶体管集成到现代计算机芯片上的方法。

Diraq此前已经证明，在学术实验室制造的量子比特在执行双量子比特逻辑门（未来量子计算机的基本构建模块）时可以实现高保真度。然而，尚不清楚这种保真度能否在半导体Foundry环境中制造的量子比特上复现。

Dzurak教授说：“我们的新发现证明，Diraq的硅量子比特可以使用半导体Foundry广泛使用的工艺来制造，以一种成本效益高且与工业兼容的方式满足了容错阈值。”

Diraq和imec先前已表明，使用CMOS工艺（与制造日常计算机芯片的技术相同）制造的量子比特可以实现99.9%准确度的单量子比特操作。但对于实现实用规模至关重要的、使用两个量子比特的更复杂操作，此前尚未得到演示。

Dzurak教授说：“这项最新成就为开发完全容错、功能正常的量子计算机扫清了道路，该计算机将比任何其他量子比特平台更具成本效益。”

这项突破的意义在于，它证明了量子芯片能够利用现有的半导体基础设施进行大规模制造，而不仅仅是实验室里的精密原型。这为构建包含数百万量子比特的实用型量子计算机铺平了道路，使其商业化时间表可能提前。

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