多年來，量子計算公司一直爭相將盡可能多的量子比特壓縮到芯片上。但制造和連接的挑戰表明這一戰略存在局限性?，F在的重點是將多個量子處理器連接在一起，構建大型實用計算機。

2025年1月，加拿大量子計算公司Xanadu公布了該公司聲稱的第一臺模塊化量子計算機。Xanadu的方法是將光子作為量子比特，這是建造量子計算等效經典比特的多種方法之一。在英國《自然》雜志發表的一篇論文中，該公司的研究人員介紹了他們如何通過13千米長的光纖，連接4個服務器機架的35個光子芯片，打造一臺名為Aurora的12量子比特量子計算。雖然現在的量子計算機有更多的量子比特，但Xanadu公司表示，該設計展示了模塊化架構的所有關鍵組件，可以擴展到數百萬量子比特。

如今，Xanadu不是唯一專注于模塊化的公司。IBM和IonQ都在著手連接其量子處理器，IBM希望在2025年晚些時候展示其模塊化裝置。幾家初創公司也在開辟利基市場，為這種轉變提供所需的支持技術。

Xanadu公司的首席執行官克里斯蒂安·韋德布魯克（Christian Weedbrook）表示，大多數公司早就認識到了模塊化是擴大規模的關鍵，但到目前為止，他們優先考慮的還是開發核心量子比特技術，并普遍認為這是更大的技術挑戰?，F在，實用的芯片已經近在眼前，最大的處理器擁有超過1000個量子比特，他認為，重點正在轉移。

“要實現100萬個量子比特……就不能把它們都放在一塊芯片上。”韋德布魯克說，“唯一能夠真正擴大規模的方法就是這種模塊化聯網的方式?！?/p>

Xanadu公司采取了一種非傳統的方式，該公司首先關注的是可擴展性問題。與IBM和谷歌使用超導量子比特進行量子計算不同，該公司依靠光子進行量子計算的一大優勢是機器能夠與傳統網絡技術兼容，可以簡化連接。

但是，將Aurora用于計算并不可靠，由于光損耗高，光子在通過光學元件時會被吸收或散射，導致差錯。Xanadu公司的目標是在未來兩年內開發更好的組件并優化架構，最大限度地降低損耗。該公司還計劃在2029年開始建造一個量子數據中心。

IBM預計將在2025年實現模塊化量子計算的一個重要里程碑。該公司設計了一個名為“Flamingo”的462量子比特處理器，該處理器內置量子通信鏈路。IBM計劃2025年晚些時候連接3個處理器，建造迄今為止最大的量子計算機。

IBM Quantum的首席技術官奧利弗·戴爾（Oliver Dial）表示，模塊化一直是IBM量子路線圖的核心。該公司在打造容納更多量子比特的處理器方面經常處于領先地位，但芯片尺寸是有限的。戴爾說，組件越大，連接控制電子器件的挑戰性就越強。用更小的可測試和可替換的組件來構建計算機可以簡化制造和維護流程。

然而，IBM正在使用超導量子比特，雖然這種量子比特運行速度快、相對容易制造，但與其他量子技術相比，其網絡友好性較差。這些量子比特在微波頻率下工作，因此不易與光纖通信連接，這需要IBM開發專門的耦合器來連接相鄰芯片和較遠的芯片。

IBM也在研究量子轉導，即將微波光子轉換為可以通過光纖傳輸的光頻。但戴爾說，目前演示的精確性還遠遠達不到要求，因此轉導還沒有被列入IBM的正式路線圖。

基于離子阱和中性原子的量子比特能夠直接與光子相互作用，使光網絡更具可行性。2024年10月，IonQ展示了在不同的處理器上糾纏離子阱的能力。每個芯片上與離子糾纏在一起的光子通過光纖電纜傳輸，在貝爾態分析儀上相遇（在該設備上，相同的光子也會糾纏在一起）。這使得最初與光子糾纏的離子通過一種稱為糾纏交換的過程彼此連接了起來。

IonQ系統架構和性能部門資深總監約翰·甘布爾（John Gamble）說，要將其擴展到連接眾多量子處理器，將需要大量工作。貝爾態分析儀要實現小型化，使用集成光學器件制造。光纖是有噪聲的，這意味著通過這些信道產生的糾纏質量相對較低。IonQ計劃生成許多弱糾纏的量子比特對，通過操作提煉出數量較少、質量較高的糾纏。但要達到質量足夠高的糾纏率仍然是一項挑戰。

法國初創公司Welinq解決這個問題的方法是在互連中加入量子存儲器。該公司的首席執行官湯姆·達拉斯（Tom Darras）表示，通過光子互連的糾纏效率低的一個原因是，兩個光子經常在不同時間發射，所以它們會彼此“錯過”，無法糾纏。增加一個存儲器就可以創建緩存，幫助同步光子。

將多個處理器連接起來以后，挑戰就轉變成了在它們之間運行量子算法。因此Welinq公司開發了一種量子編譯器，名為araQne，它可以決定如何在多個處理器上對算法進行分區，同時減小通信開銷。

最近，牛津大學的研究人員在這方面取得了突破，首次令人信服地展示了在兩個互連的處理器上運行量子算法。

最后一個問題是解決如何修訂糾錯方案，使其適應新的模塊化未來。最近，初創公司Nu Quantum證明，分布式量子糾錯不僅可行，而且高效。

Nu Quantum的首席執行官卡門·帕拉西奧斯-貝拉奎羅（Carmen Palacios-Berraquero）說：“這是一個非常重大的成果，這是分布式量子計算和模塊化首次真正成為一種選擇。以前，我們不知道如何以容錯的方式實現，不知道它是否有效或者是否可行?！?/p>

文章來源于 悅智網 ，作者 Edd Gent

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