点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:超导量子计算走向千比特,光互联读出为何是关键
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

超导量子计算走向千比特,光互联读出为何是关键

来源:光明网

  量子计算机的比特数这些年一直在往上走。但真正做机器的人知道,比特数不是唯一难的。当比特从几十个堆到几百个、上千个,先“撞墙”的往往不是芯片,而是线。

  超导量子计算机的读出,传统上靠同轴电缆,一个比特一根,从接近绝对零度的低温区一路拉到室温。这根线,正在成为扩容路上的一道坎。

  超导量子比特靠超导电路工作,量子态极其脆弱。环境里任何一点热噪声,都足以让它退相干——通俗地说,算到一半“忘了”自己算到哪儿。所以超导量子计算机的核心部件都装在一台叫稀释制冷机的设备里,温度低到几十毫开尔文。这个温度是什么概念?宇宙空间的平均温度约2.7开尔文,也就是零下270摄氏度左右,而稀释制冷机里的温度比它还低一到两个数量级。

  维持这样的低温,靠的是极其有限的制冷功率。稀释制冷机每一层能提供的冷量都有定额,用一点少一点。

  而读出环节,恰恰要求低温区和室温之间必须连通。量子计算算完之后,要把每个比特的结果读出来。比特待在毫开尔文的极冷处,发指令、收结果的仪器,比如微波源、放大器、数字化仪、时钟同步等,绝大多数装在室温机柜里。信号只能从低温传出来。传统方案是同轴电缆,从毫开尔文温区一路接到室温机架。而且不是一根线对一个比特——控制要线、读出要线,有的比特还要单独的偏置线,一个比特往往对应好几路通道。

  比特少的时候这没问题。几十个比特,几百路通道,制冷机还扛得住。但比特数往千走,通道数就奔着几千去了。

  每一根电缆都是一条热的通道。金属导热,就算做得再细,热量也会顺着线从室温漏进低温区。这就像冬天屋里每开一扇窗,暖气就往外跑一点,开一扇两扇无所谓,开一千扇,屋里就冻透了。空间也是问题,制冷机的低温区就那么大,物理上塞不下上千根线,还要留出走线和接插的位置。比特规模继续往上走,这套方案会先撑不住。

  一个思路是:不传电,传光。

  具体做法叫微波—光转导。在低温端,先把比特的微波读出信号“翻译”成光信号,再通过光纤送到室温。光有个天然优势——光纤几乎不导热。石英光纤的热导率比铜低两个数量级以上,用光纤替代电缆,等于把上千扇“开着的窗”换成几根几乎不漏热的细管。而且光纤带宽大,一根能传很多路信号。

  波长选在1550纳米,这也是光纤通信最常用的波段,器件最成熟、损耗最低。选它,等于直接借用了一整套现成的光通信产业链。整条链路因此变成四段:低温端把微波变成光,光纤把光送出来,室温端把光接住并探测,最后交给上层的量子控制系统。

  链路里不好做的是最后一环——探测。

  从制冷机里引出来的光,弱到什么程度?不是“暗”,是“稀”。信号已经弱到接近单个光子的量级,探测器必须能分辨出“来了几个光子”。这跟普通相机完全不同,普通相机拍的是成片的光,传感器积累足够多的光子才成像;单光子探测器要做的,是在几乎没有光的情况下,判断“刚刚是不是来了一个”。

  难点有三个。一是暗计数,探测器本身有噪声,没有光的时候也可能误报“来了一个”,这种误报压不下去,真信号就会被淹没。二是串扰,多通道同时工作,通道之间会互相干扰,左边收到的信号串到右边去。三是一致性,多个通道的灵敏度必须一致,否则同一个实验,不同通道读出来的数据没法横向比较。

  近日,国光量子发布了一款25通道超低噪声单光子级探测器模组,做的就是这个位置——光转导链路室温侧的接收端,把从制冷机引出的多路极弱光信号并行接住。

  25这个数字,放在行业里是什么位置?目前国内同类工程化多通道单光子探测产品多以4通道为主,面向超导量子计算光读出的高密度阵列产品相对稀缺。通道密度上去,系统规模就变了。按同等比特规模测算,读1000个比特,4通道方案约需250台设备,25通道约需40台。设备少了,校准的复杂度、低温区占用的空间、系统整体的成本都跟着降。该模组采用模块化分组架构,单模组集成25路,可以多模组堆叠,向上适配数百直至千比特量级的并行读出。

  此前,国光量子已发布超大规模光纤阵列和穹希(Quan Si)量子计算智能操作系统,分别对应链路里的传输段和控制段;这次发布的探测器模组补的是室温探测这一段。三者联调之后,将打通从低温电光转换、光纤传输、多路并行探测,到上层量子控制与数据采集的完整国产化读出链路,形成一套可落地的超导量子计算光互联解决方案。

  量子计算机比特数往上堆,卡住进度的常常不是最受关注的那些环节,而是读出、布线、散热这些“看不见的工程”。这类部件每补齐一个,通向千比特的路就往前推进一段。(肖春芳)

[ 责编:张梦凡 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 庆祝人民空军成立77周年无人机光影表演在长春上演

  • 承古开新 西安有章

独家策划

推荐阅读
2026文化科技产业发展论坛9日在湖南长沙开幕,在论坛现场,2026文化科技融合十大典型案例以及20个创新案例发布。
2026-11-10 01:40
访客随手拿起一张,掏出手机或用现场扫码器扫一扫二维码,技术亮点、应用场景、项目负责人信息等全部跃然眼前。厚重的专利卷宗、深奥的学术论文,就这样化作产业人士可以快速读懂的内容。
2026-11-10 01:40
镜头这边,是华东政法大学研支团的黄祖维、常秩豪、杨朗;镜头那头,是云南普洱景东华政附属三合麦地小学的小学生,和新疆喀什巴楚县第二中学的初高中生。500多个孩子,隔着屏幕看进博。这是华政研支团连续第五年开展“云端看进博”,3位讲师刚结束一年支教,曾站在这两处山乡讲台,如今是进博会的“小叶子”。
2026-11-10 02:00
事实上,这并不是镜片行业一次偶然的“乱”。这背后,是标准的缺失与监管模糊地带的长久存在。眼镜虽小,却关乎几亿人的明亮“视”界。近视防控镜片行业信任的“标尺”,不仅应尽快立起来,更要立得牢。
2026-11-10 01:40
那时,一封薄薄的书信从江苏昆山寄到钱七虎手中,寄信人叫李珍珍,一个还在读中学的女孩。她不是钱七虎的亲孙女,而是他在家乡昆山资助的第一个孩子。
2026-11-10 01:40
11月10日,第九届进博会将落下帷幕。25年前的11月10日,多哈的一声木槌宣告中国加入世界贸易组织。25年前,中国拥抱世界市场;25年后,世界共享中国市场。这个特殊的日子,标注出中国与世界关系的深刻变迁。
2026-11-10 02:00
美国国家航空航天局(NASA)近日确认,“尼尔·格雷尔斯·斯威夫特天文台”(以下简称“雨燕”)已于美国东部时间11月4日7时39分(北京时间4日20时39分),在印度尼西亚北苏门答腊地区上空再入地球大气层。NASA表示,10月20日,“雨燕”的轨道高度已下降至约275公里,无法再稳定维持科学观测所需的姿态,任务团队随后结束了其运行。
2026-11-09 10:11
携程研究院分析师方泽茜也用“花香自有蝶飞来”作出注解——入境“科技游”火热,正是中国制造与科技创新能力向外溢出,落到旅游消费的直接体现。在方泽茜看来,“科技游”为青少年搭建起连接知识与兴趣的桥梁,“社交打卡+文化沉浸”的科技场景,精准契合他们的偏好。
2026-11-09 10:11
大型邮轮被誉为造船工业“皇冠上的明珠”。继2023年11月“爱达·魔都号”华丽亮相,11月6日,第二艘国产大型邮轮“爱达·花城号”在上海交付,船型体量更大,配套设备更先进,船体也更加秀美。
2026-11-09 10:11
近日,产自宁夏银川市贺兰县盐碱水域的湖蟹经厦门中转,顺利运抵马来西亚吉隆坡国际机场。这是宁夏活蟹获得出口资质后的首单自营出口,宁夏盐碱特色水产品自此正式进入海外市场。
2026-11-09 10:10
”中国原子能科学研究院副研究员孙伟介绍,“日冕加热”问题不仅是当代天文学的未解之谜,也是国际研究的前沿热点问题之一。在实验室里摸清日冕的加热机制,有助于摸准太阳的“脾气”,进一步提升空间天气预报模型的准确度,为相关设备预留更充裕的防护时间。
2026-11-09 10:10
11月,在山东建筑大学,虽已回到校园,但建筑电气与智能化专业学生王凡的思绪却总回到千里之外的青海金银滩草原。今年夏天,他作为山东赴海北暑期交流实习队伍的一员,在青海海北藏族自治州海晏县应急管理局实习了两个月。
2026-11-06 09:49
11月5日,“雪龙2”号极地科考破冰船在海南三亚南山港科考码头进行停靠补给并举行公众开放日活动。图为“雪龙2”号极地科考破冰船。
2026-11-06 09:48
恒星的亮度并非恒定不变,有的会突然变亮,有的会骤然变暗,变化快的,几分钟内便完成一轮明暗变化。臧伟呈表示,这项巡天的初始科学目标,是用微引力透镜方法搜寻地球到火星质量级别的流浪行星。
2026-11-06 09:47
作者:庄伟光、吴源(分别系广东省政府文史研究馆馆员、省社科院研究员,广东省习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员;农文旅融合,不是农业做背景、文化贴标签、旅游凑项目的简单叠加,而是生产要素的创造性重组。
2026-11-06 09:45
河北邯郸曲周县,昔日“春天白茫茫,夏天水汪汪”的盐碱荒滩,经一代代耕耘者科技赋能、接续改良,已从亩产“一背篓”迈向“绿色吨半粮”的高产田。丰收之外,耕耘者持续探索生态友好耕作模式,改良土壤、养护地力,跳出单一追求高产的思维模式,稳步迈向可持续稳产增收之路。
2026-11-06 09:44
一组膜材料样品刚完成溶剂耐受性测试,教师第一党支部书记李卫星招呼大家把椅子一拢,在实验台旁围坐一圈,开始学习党的二十届五中全会精神。譬如,分离膜是芯片、生物医药领域的关键材料,下一步,我们要抓紧攻关,把国产替代做出来……”  “攻克‘卡脖子’难题,离不开良好的科研风气。
2026-11-06 09:42
此次研究旨在将结构知识融入大规模序列学习,同时保持模型在不同结构与功能任务中的适应性和泛化能力。中国科大生物医学工程学院博士朱河勤为论文第一作者,该校教授周少华和特任研究员熊鹏为该文章共同通讯作者。
2026-11-05 09:18
创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。习近平总书记指出,“着眼发展新质生产力,强化科技创新和产业创新深度融合,建设具有国际竞争力的现代化产业体系”。
2026-11-05 04:25
每年这个时节,乌镇处处都会涌动着创新的生机与活力——由于世界互联网大会乌镇峰会的约定,各方宾客带来最前沿的技术、最先进的成果、最领先的思想,让这里成为世界观察中国数字发展、中国参与全球数字治理的窗口。
2026-11-05 04:25
加载更多