在日本，第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)于2022年12月通過(guò)工作模型向前邁出了關(guān)鍵一步。有了它，日本國(guó)內(nèi)研究人員創(chuàng)造的技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)成熟機(jī)器的主要候選者。量子計(jì)算機(jī)有望大大超過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)運(yùn)行大規(guī)模、高速計(jì)算的能力，并且在全球范圍內(nèi)，開發(fā)它們存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)。日本正在成為研發(fā)的基地。

開發(fā)實(shí)驗(yàn)機(jī)器和促進(jìn)研究（東莞芯片設(shè)計(jì)招聘）

埼玉縣和越市是RIKEN量子計(jì)算中心（RQC）的所在地。正是在這里，第一臺(tái)日本國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)的開發(fā)正在向前推進(jìn)。RQC主任Yasunobu Nakamura正在領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)，目標(biāo)是在2023年3月底完成。

他們正在使用超導(dǎo)方法，這是創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)的主流方法。它也被Google和IBM等大型海外公司采用。1999年，當(dāng)中村在NEC工作時(shí)，他創(chuàng)造了世界上第一個(gè)超導(dǎo)量子比特，震驚了世界，這現(xiàn)在是技術(shù)的核心。雖然經(jīng)典計(jì)算機(jī)的位只能保存 0 或 1 作為其編碼信息，但量子計(jì)算機(jī)的量子比特可以是 0 和 1 的疊加態(tài)。因此，可以同時(shí)處理信息，從而實(shí)現(xiàn)超高速計(jì)算。超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)使用通過(guò)將電子電路冷卻到極低的溫度來(lái)使其達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)。為了創(chuàng)造這種極低的溫度環(huán)境，必須考慮設(shè)備的尺寸和布線的復(fù)雜性問(wèn)題。

量子計(jì)算機(jī)愿景

日本政府于 2022 年 4 月制定的未來(lái)量子愿景指出，第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)組將于當(dāng)年年底安裝完畢。這一愿景稱量子計(jì)算機(jī)為“科學(xué)和技術(shù)最先進(jìn)的部門”。為了在科學(xué)技術(shù)霸主地位的爭(zhēng)奪戰(zhàn)中與世界其他地區(qū)競(jìng)爭(zhēng)，日本國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)器的早期開發(fā)至關(guān)重要。

第一臺(tái)機(jī)器將成為相關(guān)技術(shù)研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)。同時(shí)，它將使我們更接近實(shí)際成熟的量子計(jì)算機(jī)。Nakamura博士說(shuō)：“我們被要求盡快創(chuàng)建一臺(tái)每個(gè)人都可以使用的家用計(jì)算機(jī)。我認(rèn)為我們的合作者將是第一個(gè)使用它的人，但我們希望擴(kuò)大它的應(yīng)用。我們可以在各個(gè)層面上進(jìn)行研究，”例如有效地操作量子計(jì)算機(jī)的硬件。我們正在創(chuàng)建展示量子計(jì)算優(yōu)勢(shì)的軟件，Nakamura博士說(shuō)。

多元化的研究環(huán)境

在RQC，除了超導(dǎo)性之外，使用光子和硅創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)的研究也在進(jìn)行中。即使在海外，也沒(méi)有多少研究機(jī)構(gòu)擁有如此多樣化的研究領(lǐng)域選擇。即使方法不同，在技術(shù)問(wèn)題上也有許多共同點(diǎn)，例如控制量子態(tài)的任務(wù)。Nakamura博士指出：“我們可以從彼此身上學(xué)到很多東西，我們可以瞄準(zhǔn)協(xié)同效應(yīng)。”

量子計(jì)算機(jī)超越芯片

然而，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展一直存在一個(gè)重大問(wèn)題。也就是說(shuō)，疊加態(tài)是否可以持續(xù)，以延長(zhǎng)執(zhí)行操作的量子比特的壽命。為了增加位數(shù)并擴(kuò)大規(guī)模，有必要將它們以芯片形式放置。

副主任Akira Furusawa正在研究的光學(xué)量子計(jì)算機(jī)使用量子比特，允許光從一個(gè)流向下一個(gè)。這消除了理論壽命和芯片的必要性。

Tarucha對(duì)他的方法表示有信心，稱它解決了傳統(tǒng)量子比特的問(wèn)題，這是一個(gè)“范式轉(zhuǎn)變”。

光量子方法利用了“量子糾纏”和“量子隱形傳態(tài)”等現(xiàn)象。這些是今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的主題。

量子糾纏是粒子之間的一種特殊相關(guān)性，無(wú)論粒子相距多遠(yuǎn)，它都以相同的方式表現(xiàn)出來(lái)。量子隱形傳態(tài)使用此屬性將信息即時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處位置。古澤博士是世界上第一個(gè)成功充分證明這一現(xiàn)象的人。由于它在室溫環(huán)境中工作并使用光，因此與當(dāng)前的光通信技術(shù)高度兼容。

日本的實(shí)力

可以預(yù)期卷土重來(lái)的方法之一是硅。量子位將使用半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)建。該項(xiàng)目由Seigo Tarucha領(lǐng)導(dǎo)，他在RQC和RIKEN新興物質(zhì)科學(xué)中心領(lǐng)導(dǎo)研究。電子被電力限制在半導(dǎo)體的薄膜中。電子的自旋是與磁鐵相當(dāng)?shù)膶傩裕鶕?jù)磁鐵的方向用 0 或 1 表示。（東莞芯片設(shè)計(jì)招聘網(wǎng)）

與其他方法相比，建立控制機(jī)制存在延遲，并且仍然局限于幾位。然而，Tarucha博士和他的團(tuán)隊(duì)最近成功地執(zhí)行了基本的計(jì)算操作并糾正了計(jì)算錯(cuò)誤。一旦基礎(chǔ)技術(shù)得到鞏固，就有可能應(yīng)用現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成技術(shù)。如果是這樣，那么就可以開始商業(yè)化了。為此，Tarucha博士指出，與公司合作至關(guān)重要。公共和私營(yíng)部門聯(lián)合起來(lái)，可以使光通信速度提高100倍。

他的目標(biāo)是到2030年達(dá)到100到1000個(gè)量子比特的范圍。通過(guò)證明這實(shí)際上可以擴(kuò)大規(guī)模，“我想鼓勵(lì)公司進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，”他說(shuō)。現(xiàn)實(shí)情況是，目前還沒(méi)有一種特別領(lǐng)先的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。除了RQC正在研究的方法外，日本公司也在基礎(chǔ)研究方面發(fā)揮作用。日本的優(yōu)勢(shì)在于其多樣化的人力資本。