從概念走向實踐的量子計算機
當前，量子計算新技術研究路徑尚未收斂，主要包括超導、離子阱、光量子、量子點、冷原子等。從技術研發上看，超導路線擁有最多的技術追隨者。
基於超導量子位的量子計算是一種最早被提出和研究的量子計算實現方法，它基於超導性能的材料，使用電荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特這3種方式來形成量子比特。超導量子比特在操控、耦合、測量、擴展等方面具有顯著優勢。過去幾十年裡，超導量子計算有一定的發展，實現了與量子態所需精度相當的高精度控制、微波單光子狀態的制備等主要技術。超導技術路線的缺點是易受環境噪聲影響使得退相幹時間變短，進而增加量子比特的操作難度。當前國際商業機器公司（IBM）開發的超導量子芯片比特數量已進入千位時代，在全球已部署了70餘台量子計算機。擁有72個計算量子比特的中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”已完成137個國家用戶的30萬個量子計算任務。其他研究路徑上，各有所長，各自推進。
量子計算機的研發是一項複雜的任務。以超導量子計算機為例，量子計算機主要包含量子芯片、量子計算測控系統、低溫制冷系統、量子計算機操作系統、應用軟件等多個方面。
量子芯片作為量子計算機的“心臟”，負責執行關鍵的運算加速過程，而這一過程需要將問題轉化為量子算法，並通過特殊的調制脈衝信號輸入量子芯片，最終采集並分析量子芯片輸出的信號以獲得問題的解答。然而，量子芯片的高效運行並非孤立存在，它還需要一個完善的硬件系統來支持，包括量子芯片封裝技術、量子芯片測試平台以及量子測控系統、相關元器件等。其中，量子芯片測試平台由極低溫稀釋制冷機及配套設施構成，為量子芯片提供接近絕對零度的極低溫環境、紅外輻射噪聲屏蔽、磁場噪聲屏蔽和極低的機械振動等高度隔離的運行條件，同時還需要高效率的導熱組件來及時帶走量子芯片運行時產生的熱量。
量子計算測控系統負責量子芯片所需信號的生成、采集、控制與處理，是實現量子芯片編程的關鍵工具。它如同一名精通量子語言的“翻譯官”，將人類世界的複雜問題轉化為量子芯片能夠理解的“語言”，並引導量子芯片進行高效的計算。 |
