我们离量子商业化有多近？
尽管量子硬件在市场上取得了重大进展，但量子商业化的道路仍有许多障碍。2022年11月2日，作者：杰克·赫兹
长期以来，量子计算一直被誉为解锁前所未有的计算性能的下一项技术。
虽然量子计算最初是一个只有研究人员才能访问的高度专业化领域，但世界各地的开发人员现在可以通过云访问量子处理器的功能。这种云可访问性鼓励数百家公司对量子处理进行测试，以解决医疗保健、移动和广告等领域的现实问题。尽管有这种早期的炒作，但量子硬件尚未在更大范围内被证明在经济和技术上具有商业可行性。
一些基于云的量子计算提供商的例子。
许多大学和公司继续投资于量子计算的研发，最终目标是将该技术推向市场。我们离这个最终目标有多近？以下是量子空间的一些最新发展，可能表明大规模生产的步伐正在加快。
硅基量子位的里程碑
量子计算商业化最突出的挑战之一是经济地制造这项技术。由于硅制造基础设施已经完善，开发人员可以通过使用硅基量子位更容易地大规模生产量子计算机。然而，硅量子位尚未在整个晶片上制造出来。
为了解决这个问题，英特尔在10月初宣布了生产硅基量子位的新里程碑。
英特尔完全处理的300毫米晶圆。图片由英特尔提供
该公司公布了迄今为止业界最高的硅量子位产量和一致性。该研究团队在英特尔位于俄勒冈州的晶体管研发设施实现，创造了世界上最大的电子自旋器件，由整个300毫米硅片上每个位置的一个电子组成。总的来说，该器件由900多个单量子点和最后一个电子处的400多个双量子点组成。同样重要的是，该器件是使用极紫外（EUV）光刻技术制造的，在整个晶片上表现出95%的产率。
这种产量和一致性的提高标志着量子硬件商业化的一个重要里程碑，表明制造过程更加可靠和经济。
在单个芯片上最大化量子器件
传统微处理器包含数十亿个晶体管，但只需要数百个I/O。研究人员仍在试图找出如何在量子领域实现同样的行为。前进的道路可能在于将量子电子和传统电子集成在同一芯片上。
在这一追求中，总部位于英国的Quantum Motion宣布，它在单个硅芯片上实现了量子器件的世界纪录测量。该芯片被称为Bloomsbury，其面积为3x3毫米2.并且由一家未命名的一级铸造厂按照与标准半导体相同的制造工艺制造。
量子运动公司生产的芯片。图片由Quantum Motion提供
然而，与标准半导体不同的是，Bloomsbury将数千个量子点器件与传统电子器件集成在同一芯片上。该芯片在低温下工作，使用量子点技术控制单个电子的自旋，作为量子位。
从经济角度来看，这一消息意义重大，因为它证明了使用现有硅制造工艺来实现量子硬件未来的可行性。从技术上讲，该团队将1024个量子点集成到小于0.1毫米的区域，这一点意义重大2..
现货量子硬件上市
打算制造量子计算机的公司需要量子位，但这些开发人员自己生产这种重要但复杂的组件往往很昂贵。这就是为什么现成的量子硬件也是量子商业化难题的重要组成部分。
去年，总部位于荷兰的量子计算初创公司QuantWare推出了第一款商用超导量子处理器（QPU）。虽然到目前为止，量子处理器只提供给谷歌和IBM等大公司，但QuantWare希望以合理的成本向研究人员和公司提供超导QPU，加快量子计算机的市场化。QuantWare目前提供量子有限行波参数放大器Crescendo；五量子位QPU，Soprano；以及25量子位QPU Contralto。
QuantWare的25量子位QPU，Contralto。图片由QuantWare提供
QuantWare联合创始人Matthijs Rijlaarsdam将该公司的五量子位Soprano QPU对量子市场的影响与英特尔4004对半导体业务的影响进行了比较。由于超导量子位具有高度的可扩展性和可定制性，Rijlaarsdam认为超导QPU是近期量子计算应用的首选。
商业化之路
虽然量子计算可以彻底改变我们所知道的计算，但这项技术还远远没有大规模生产。对建筑和制造业的担忧仍然困扰着行业参与者。
在过去，量子计算机只能在-273°C左右的温度下运行，这一温度比外太空的条件还要低。研究人员一直在研究可以在室温下工作的量子位，或“热量子位”，以解决这个问题。澳大利亚-德国初创公司Quantum Brilliance正在使用基于金刚石的量子加速器，该加速器不需要绝对零度温度即可运行，使开发人员能够将量子硬件从温控实验室带到现场。
根据《福布斯》撰稿人杰里米·希尔顿的说法，三个关键指标表明量子技术的商业可行性即将到来：量子技术的早期采用者激增，量子先驱的崛起，以及提供软件和咨询资源的量子支持者生态系统的不断壮大。
英特尔（Intel）、量子运动（Quantum Motion）和QuantWare等数十家公司表明，尽管量子的商业化之路很长，但可用的量子硬件已经成为早期采用者。更大规模的采用可能是未来几年可扩展的生产和基础设施支持的问题。