與基于電子的機器相比，基于光子的量子計算機可能具有一些優(yōu)勢，包括在室溫下運行，并且運行時的溫度遠比普通計算機低。量子計算初創(chuàng)公司Xanadu的科學(xué)家說，現(xiàn)在，量子計算機又增加了一個優(yōu)勢。他們的光子量子計算機可以擴大規(guī)模，甚至可以勝過最快的經(jīng)典超級計算機，至少可以完成某些任務(wù)。

傳統(tǒng)計算機通過開關(guān)晶體管將數(shù)據(jù)符號化為1和0，而量子計算機則使用量子位或 “qubits”，由于量子物理學(xué)的奇異性質(zhì)，這些量子位可以以一種被稱為疊加的狀態(tài)存在，在這種狀態(tài)下它們可以同時作為1和0。

量子機械糾纏在一起的量子位越多，它們可以同時執(zhí)行更多的計算。具有足夠量子位的量子計算機在理論上可以實現(xiàn)“量子優(yōu)勢”， 從而使其能夠解決傳統(tǒng)計算機無法解決的問題。例如，與可見宇宙中的原子相比，具有300個相互糾纏的量子位的量子計算機理論上可以在瞬間完成更多的計算。

除了表面上的量子計算優(yōu)勢之外，一個量子計算平臺與另一個量子計算平臺的相對優(yōu)勢還不清楚。谷歌，IBM和英特爾等技術(shù)巨頭正在研究的量子計算機通常依賴于基于超導(dǎo)電路或捕獲離子的量子位。這些系統(tǒng)通常需要昂貴且精巧的低溫技術(shù)，使它們僅比絕對零值高出幾度（有時僅是單度的幾分之一）。將量子比特保持在如此嚴酷的溫度下所需的昂貴，笨重的系統(tǒng)可能使將這些平臺擴展到大量的量子比特變得異常艱巨。

相比之下，光子量子計算機不僅可以在室溫下工作，而且還可以集成 到現(xiàn)有的基于光纖的電信基礎(chǔ)架構(gòu)中，有一天可能會啟用強大的量子網(wǎng)絡(luò)，甚至可能啟用量子互聯(lián)網(wǎng)。

然而，光子量子計算機也面臨著自身的問題。例如，盡管中國科學(xué)家去年報告說，一臺光子量子計算機展示了量子優(yōu)勢，但他們說，要解決一個問題，世界上目前最頂尖的超級計算機需要6億年才能完成。然而，龐大的設(shè)置和在操作過程中丟失的光子數(shù)量表明這種設(shè)計是不可擴展的。此外，它的電路是不可重構(gòu)的，因此只能執(zhí)行一個單一的算法。

現(xiàn)在，總部位于多倫多的Xanadu開發(fā)了一種光子量子芯片，該芯片據(jù)說是可編程的，可以執(zhí)行多種算法，并且具有高度可擴展性。

Xanadu的硬件負責(zé)人Zachary Vernon說：“長期以來，光子學(xué)被認為是量子計算領(lǐng)域的劣勢 。有了這些結(jié)果，再加上學(xué)術(shù)團體和其他光子量子計算公司的進步力度越來越大，很明顯，光子學(xué)并不是弱者，而將是未來的主要競爭者之一?！?/p>

新的4毫米乘10毫米X8芯片實際上是8位量子計算機?？茖W(xué)家說，氮化硅芯片與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工業(yè)制造技術(shù)兼容，并且可以很容易地擴展到數(shù)百個量子比特。

發(fā)射到芯片中的紅外激光脈沖與微觀諧振器耦合在一起，以生成所謂的“壓縮狀態(tài)”，該狀態(tài)由多個光子的疊加組成。接下來，光流向執(zhí)行所需計算的一系列分束器和移相器。然后，光子從芯片流出到超導(dǎo)檢測器，該檢測器對光子數(shù)進行計數(shù)，以提取量子計算的答案。

Xanadu已使該芯片可在云上使用。不了解硬件工作原理的遠程用戶仍然可以使用StrawberryFields，Xanadu的用于在光子量子硬件上模擬和執(zhí)行程序的Python庫以及PennyLane（用于量子機器學(xué)習(xí)，量子計算和量子化學(xué)的Python庫）對設(shè)備進行編程。

Strawberry Field和PennyLane都是Github上提供的開源，跨平臺工具。PennyLane可以證明對所有量子計算機都有用，而不僅僅是Xanadu的。

Vernon指出：“量子硬件和算法的開發(fā)幾乎沒有觸及到一切的可能性。從事某項工作的人越多，越好。為了充分發(fā)揮量子計算的潛力，應(yīng)盡可能多的人從事應(yīng)用程序開發(fā)。如果有人使用公司A的硬件開發(fā)了出色的應(yīng)用程序，那么該應(yīng)用程序很可能將同樣地部署在公司B的硬件上。因此，在哪里開發(fā)和測試應(yīng)用程序就不再那么重要了。重要的是，該應(yīng)用程序是首先開發(fā)的?！?/p>

研究人員在其完全可重新編程的芯片上執(zhí)行了三種不同的量子算法。一種是高斯玻色子采樣，它分析隨機數(shù)據(jù)塊，并具有許多實際應(yīng)用，例如確定哪些分子對最適合彼此。另一個是分子振動光譜，計算分子不同狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移的能量，并已用于量子化學(xué)中。Vernon說，最后一個是圖形相似性，它在不同的數(shù)據(jù)集之間尋找相似的特征，并已在數(shù)據(jù)科學(xué)中使用。

Xanadu指出，其系統(tǒng)當(dāng)前的局限性在于它們使用的超導(dǎo)光子探測器需要超冷溫度。但是，該公司指出，未來的探測器可能不需要超導(dǎo)溫度或低溫溫度，否則整臺機器都必須裝在標準服務(wù)器機架中。

科學(xué)家們指出，他們在擴展量子計算機方面面臨的最大挑戰(zhàn)是減少在計算機電路內(nèi)部運行時光子丟失數(shù)量。他們認為，使用集成的分束器和移相器（使用更精確的，可商用的芯片制造工具構(gòu)建），他們的量子機可以實現(xiàn)可接受的低損耗。

Xanadu現(xiàn)在的目標是通過糾錯策略使它們的量子計算機對實際應(yīng)用更加有用，以使其對噪聲，缺陷和其他問題的容忍度更高。
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