量子計算可謂是目前最令人興奮（和被炒作）的研究領(lǐng)域之一。 在這方面，德國和澳大利亞的初創(chuàng)公司Quantum Brilliance最近干了件大事。 世界上第一臺基于金剛石的室溫量子計算機(jī)在遙遠(yuǎn)的大洋洲成功安裝！

世界第一臺商用室溫量子計算機(jī)

簡單來說，Quantum Brilliance的這臺量子計算機(jī)，既不需要絕對零度，也不需要復(fù)雜的激光系統(tǒng)。 那么，為什么說室溫是一件值得拿出來好好說道說道的事情呢？ 

量子計算系統(tǒng)的基本思想是，量子比特能夠處于一種不僅僅是「1」或「0」的狀態(tài)，而是某種稱為「疊加態(tài)」的組合。 這意味著兩個量子比特可以處于「01」、「10」、「11」和「00」的疊加狀態(tài)，從而可以表示更多的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。 

但是問題來了，這些系統(tǒng)對其環(huán)境仍然非常敏感，量子比特只能在很有限的時間內(nèi)保持給定的疊加態(tài)，也就是「相干時間」。而相干時間如果受限，就會導(dǎo)致量子比特執(zhí)行的計算中出現(xiàn)錯誤。 

在傳統(tǒng)的量子計算機(jī)中，需要用特殊的冷卻方法來保證量子相干性，而室溫的量子計算機(jī)則可以省去這個步驟。 量子的相干性，或者換句話說，粒子的行為必須像波（波動性）的這一特點，是一切量子效應(yīng)的基礎(chǔ)。 

那么，Pawsey是如何實現(xiàn)量子計算機(jī)室溫運(yùn)行的呢？

這就要提到Quantum Brilliance使用的獨特的量子計算方法。

他們利用了合成金剛石中天然存在的氮空穴中心的優(yōu)點，而沒有使用傳統(tǒng)的離子鏈、硅量子點或是超導(dǎo)傳輸量子比特。

氮空穴指的是金剛石晶格中的一個缺陷，它由鄰近空穴的替代氮原子組成。

這些氮空穴中心具有光致發(fā)光（photoluminescence）的能力，能根據(jù)發(fā)射出來的光線特點讀取量子比特的自旋，不再需要直接和量子比特相互作用。 很多技術(shù)，比方說磁場、電場、微波輻射還有光，都可以直接用來操控氮空穴的電子自旋。

具有氮空穴的金剛石晶格結(jié)構(gòu) 根據(jù)公司此前發(fā)布的白皮書介紹，室溫運(yùn)行的金剛石量子計算機(jī)由一個處理器節(jié)點陣列組成。

每個處理器節(jié)點由一個氮空穴（NV）中心和一簇核自旋組成：固有的氮核自旋和多達(dá)4個附近的13C核自旋雜質(zhì)。 而核自旋，則充當(dāng)計算機(jī)的量子比特，氮空穴作為量子總線，介導(dǎo)量子比特的初始化和讀出，以及節(jié)點內(nèi)和節(jié)點間的多量子比特操作。 

2021年時，已證明的初始化和讀出保真度超過99.6%，而單量子比特和雙量子比特的門控保真度分別超過99.99%和99%，相應(yīng)的門控時間約10微秒。

有工作表明，使用更先進(jìn)的量子控制技術(shù)，門的保真度可以超過99.999%，門的操作時間可以低于1微秒。

由于注入掩模制造的限制和注入離子的散射，使用現(xiàn)有的「自上而下」的氮離子注入入技術(shù)來創(chuàng)建NV中心，無法實現(xiàn)這種精度。

Quantum Brilliance的關(guān)鍵發(fā)明之一是一種「自下而上」的原子級金剛石精確制造技術(shù)，通過表面化學(xué)和光刻技術(shù)規(guī)避上述這些限制。而另一項重要發(fā)明是集成量子芯片，它將鉆石量子計算機(jī)的電、光、磁控制系統(tǒng)小型化和集成化。

不過，據(jù)白皮書顯示，該系統(tǒng)只有5個量子比特，這與谷歌的72個量子比特相比，顯然還相去甚遠(yuǎn)。 

量子加速器+超算=？

現(xiàn)在，大多數(shù)量子計算工作都是在IBM的Quiskit和Nvidia的cuQuantum計劃等平臺上的模擬環(huán)境中完成的。 而且，目前量子計算機(jī)的主流是大型機(jī)，大型是從尺寸上說的，現(xiàn)有的產(chǎn)品通常占地幾平米，甚至一個房間大小。 

這是因為各種量子硬件限制了大型機(jī)的尺寸，因為它們是需要在超低溫和/或超低壓以及復(fù)雜的控制系統(tǒng)才能運(yùn)行的大型脆弱機(jī)器。 如果沒有室溫量子計算機(jī)，那么情況就會是在全世界每個超級計算和云計算設(shè)施中有幾個量子大型機(jī)，但是想要推廣到廣泛應(yīng)用的程度，還做不到。 在超級計算中心內(nèi)部署室溫量子計算機(jī)，將使研究人員能夠真正利用現(xiàn)場計算、維護(hù)和集成。

同時，與Pawsey超級計算研究中心的合作，也是為了通過建立初始的混合環(huán)境，來加速量子和經(jīng)典系統(tǒng)的配對，這種環(huán)境可以診斷瓶頸，并對量子經(jīng)典集成進(jìn)行可能的改進(jìn)。 

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Pawsey的執(zhí)行董事Mark Stickells表示，把量子加速器集成到HPC架構(gòu)中將有助于其4000名研究人員更多地了解這兩個系統(tǒng)如何才能協(xié)同工作。這將提供一個可以證明實際應(yīng)用的試驗臺，因此我們的研究人員可以更有效地開展工作——促進(jìn)量子科學(xué)的發(fā)展并加速未來的研究。 「這是邁向混合計算未來的關(guān)鍵一步。」 

斥資超1億：新加坡要建第一臺量子計算機(jī)?

5月31日，在新加坡亞洲科技展（Asia Tech x Singapore）上，副總理、經(jīng)濟(jì)政策統(tǒng)籌部長兼國家研究基金會主席王瑞杰宣布，量子工程計劃（QEP）正式啟動。 新加坡將聯(lián)合三個國家平臺來發(fā)展量子計算、量子安全通信和量子設(shè)備制造方面的能力。 

根據(jù)新加坡的研究、創(chuàng)新和企業(yè)2020計劃，該計劃向這三個平臺投入2350萬新幣（約1.14億人民幣），為期最長3.5年。這些平臺將獲得來自整個研究領(lǐng)域的進(jìn)一步支持。

這三個國家量子平臺由新加坡國立大學(xué)（NUS）、新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）、新加坡科技研究局（A*STAR）和新加坡國家超級計算中心（NSCC）主辦，分別是： 

• 國家量子計算中心——通過行業(yè)合作發(fā)展量子計算能力并探索應(yīng)用；
• 國家量子無晶圓廠——支持量子設(shè)備和使能技術(shù)的微加工技術(shù)；
• 國家量子安全網(wǎng)絡(luò)——在全國范圍內(nèi)進(jìn)行量子安全通信技術(shù)的試驗，旨在加強(qiáng)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)安全。

國家量子計算中心（NQCH） NQCH將匯集新加坡國立大學(xué)和南洋理工大學(xué)的量子技術(shù)中心（CQT）團(tuán)隊、A*STAR的高性能計算研究所（IHPC）和新加坡國家超級計算中心（NSCC）的專業(yè)知識和資源，在新加坡建立一個量子計算生態(tài)系統(tǒng)。 

國家量子無晶圓廠（NQFF） 國家無晶圓廠（NQFF）設(shè)在A*STAR的材料研究與工程研究所（IMRE），將支持QEP的三大支柱量子計算、通信和傳感，中的量子器件的微型和納米加工。

它還將開發(fā)與新加坡在量子技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)中的戰(zhàn)略需求有關(guān)的使能裝置。 

國家量子安全網(wǎng)絡(luò)(NQSN) 2022年2月宣布的NQSN將在全國范圍內(nèi)進(jìn)行量子安全通信技術(shù)的試驗，為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和處理敏感數(shù)據(jù)的公司提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全。該倡議由CQT以及新加坡國立大學(xué)和南洋理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，有超過15個私人和政府合作者。

對此，新加坡國立大學(xué)CQT主任、NQCH首席研究員José Ignacio Latorre教授評論說：「量子計算正在到來。問題不在于『何時』，而在于『誰將準(zhǔn)備好使用這項技術(shù)』?！?/span>