《自然》：全球首个规模化量产量子计算芯片诞生！

《自然》：全球首个规模化量产量子计算芯片诞生！

引用

网易

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https://www.163.com/dy/article/JPJIDIR8051198AK.html

全球首个实现规模化量产的量子计算芯片诞生了！2月20日，量子计算公司PsiQuantum在《自然》（Nature）上发表重磅论文，宣布研发出名为"Omega"的光子量子芯片，解决了量子计算最大难题之一：如何大规模生产量子芯片。这一突破性成果将量子计算从实验室带入工业化生产阶段，标志着实用级量子计算机的曙光已经到来。

从实验室到工厂流水线

传统计算机中，晶体管的开关状态决定比特是0还是1，通常不会因环境干扰而失效。而量子比特极其脆弱，稍有干扰就会"坍塌"，失去量子特性。传统量子计算方案需要将芯片冷却到接近绝对零度（-273.15°C）的环境中，并且难以制造足够多的高质量量子比特。

就在人们认为实用级量子计算机还遥遥无期时，PsiQuantum带来了惊人的消息：他们利用成熟的半导体制造技术，正在格芯（GlobalFoundries）的45纳米生产线上制造数百万个量子器件！

光子量子计算的独特优势

与Google、IBM等采用超导量子比特技术不同，PsiQuantum选择了光子作为量子比特载体。"我们几乎20年前就决定走光子路线，因为它可以利用半导体制造技术实现规模化生产，"PsiQuantum首席执行官Jeremy O'Brien表示。

惊人的技术指标

Omega芯片展现出令人瞠目的性能：

• 99.98%的单量子比特状态制备和测量保真度；
• 99.50%的双光子量子干涉可见度；
• 99.72%的芯片间量子比特互连保真度；
• 99.22%的双量子比特融合门保真度。

这些数字表明PsiQuantum已能以极高精确度制备和控制量子比特，这是构建实用量子计算机的基础。

核心技术原理

Omega芯片基于"融合基量子计算"（FBQC）架构，信息由单个光子的叠加态形成量子比特携带，由四个关键部分组成：

1. 光子源：利用硅波导中的自发四波混频过程生成高纯度光子对；
2. 光子操控：使用集成光学元件操控光子状态；
3. 光子探测：采用超导纳米线单光子探测器实现高效量子测量；
4. 芯片间连接：通过光纤连接多个芯片，形成分布式量子计算网络。

与其他方案相比，PsiQuantum系统有两大优势：

• 运行温度较高（2-4开尔文，约-269°C），大大降低冷却系统的复杂性和成本
• 光子天生适合网络通信，易于构建分布式量子计算网络。

下一代技术

PsiQuantum正在开发下一代技术，包括：

• 低损耗氮化硅波导（损耗低至0.5 dB/m）；
• 钛酸钡电光相移器（用于高速光开关）；
• 高效光子数分辨探测器（效率高达98.9%）；
• 低损耗光纤芯片耦合（损耗低至52 mdB）；
• 能适应制造误差的稳健型光子源。

2027年进入量子计算新时代

PsiQuantum预计在2027年完成具有商业应用能力的设施建设。"这不是实验室突破，这是已经走出研究实验室的技术，是能达到的最高成熟度水平，"O'Brien强调。同时，微软和谷歌也在加速量子计算研发，预计在未来几年内实现商业应用。

改变世界的潜力

实用级量子计算机将彻底改变多个行业，包括：

• 加速新药研发；
• 优化物流和金融投资；
• 设计新型材料；
• 提升密码安全；
• 深化对自然界的理解。

PsiQuantum称Omega量子芯片是一个里程碑式的突破，代表着量子计算领域的基础性转变，并正在打造世界上第一台实用的量子计算机。他们不仅证明了光子量子计算的可行性，更重要的是，他们证明了量子计算可以走出实验室，步入工业化生产阶段。

量子计算革命已经来临了吗？让我们拭目以待！

参考文献：

1. PsiQuantum Team. A manufacturable platform for photonic quantum computing. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08820-7
2. Cherney, M. A., & Nellis, S. (2025, February 27). Startup PsiQuantum says it is making millions of quantum computing chips. Reuters.