量子计算初创公司SeeQc宣布，推出一种基于单通量量子 (Single Flux Quantum，SFQ) 的高速数字芯片，可以在接近绝对零度下运行量子计算机的所有核心比特控制功能，并且能够与量子比特完全集成。
SeeQc表示，相对于传统的量子计算系统，将建造成本、系统复杂度降低了几个数量级。
这是构建可扩展的纠错量子计算系统的关键里程碑。
01. 2 根导线控制 8 量子比特模块
这种单通量量子（SFQ) 使用超导 SFQ 逻辑，以高达 40 GHz 的速度运行，实现了经典的量子比特控制、测量、多路复用和数据处理。
可扩展架构结合了数字多路复用，解决了关键的输入/输出问题。
多路复用电路通过一条线路发送多个信号，大大降低了成本和复杂性，特别是对于数据中心的大规模量子系统。
现有的量子计算机每个量子比特需要多达 3 根电缆，传输敏感的模拟信号，限制了大规模系统中高比率多路复用的能力。
大型量子计算机将需要数百万根电缆，这些电缆在整个系统中传输电力，并且它们本身是一个连续的热源，必须通过稀释制冷机降温。
Seeqc 已成功测试其数字多路复用技术，该技术仅需 2 根导线即可控制 8 量子比特模块，从而大大降低了成本并简化了量子计算机的基础复杂性。
并且，官方表示，目前正在制造可控制多达64量子比特的版本。
超导 SFQ 电路可以以集成多芯片模块的形式靠近 20 毫开尔文的量子比特芯片，其中有源 SFQ 电路无线通信并与所有超导量子比特、自旋量子比特等其他量子比特兼容。
多芯片模块架构、低功耗和超高速运行能力使硬件有效数字控制、读出和快速处理量子比特数据成为可能，这是实现快速、低延迟和可扩展的量子纠错系统所必需的。
此外，通过消除几乎所有与量子比特芯片互连的昂贵室温电子设备机架的需要，将量子计算机的成本和复杂性显著降低几个数量级。
通常，为了传输敏感的量子比特信号，需要使用复杂的模拟电线网络将信号从量子比特传输到室温环境。但这些信号很容易被电线的缺陷所干扰，从而导致系统变得非常复杂且难以扩展。
Seeqc的有源多芯片模块架构解决了这个问题，通过避免将数据从毫开尔文温度发送到室温并再次返回以实现读出和控制等基本功能，从而减少了系统延迟。
通过将所有功能元件定位在数字SFQ经典芯片与量子芯片中的多芯片模块中，数据处理延迟和芯片之间的传输速率被大大降低，这将使量子比特的读出和重置比现有技术更快速，质量更高，这对于近期的应用和容错功能都是非常重要的特征。
SeeQc 的首席技术官兼联合创始人 Oleg Mukhanov 博士表示：“我们决定从零开始开发全新的基于单通量量子(SFQ)芯片的架构而不是尝试基于现有原型设计扩展量子计算系统，这将使我们能够构建容错量子计算机所需的量子计算机类型。只有将所有功能整合到高性能芯片中，我们才能将能效量子系统扩展到数据中心所需的要求。”
02. 晶圆厂自制SFQ 芯片
SeeQc 在纽约建立了一个多层超导芯片晶圆厂和毫开尔文级测试中心，并与其设计和测试团队协同制造数字SFQ芯片。
该晶圆厂最近进行了升级，使用公司专有的多层制造工艺生产高复杂度的超导芯片，能够生产在从低毫开尔文到4开尔文的各种低温下工作的数字 SFQ 芯片。
SeeQc的代工能力远超单层量子比特的典型制造要求，是全球最复杂的全栈量子计算芯片商用芯片代工企业。SeeqQc还为美国能源部、美国国家航空航天局和国防部以及众多商业和学术团队制造超导芯片。
03. 门速度快10倍，错误率低4倍
该公司还推出了 Seeqc System Red，这是一个全栈量子计算系统，作为基准测试其新 SFQ 芯片的性能和功能而构建。
这是该公司的第一代参考级量子计算机系统，旨在模拟具有传统室温模拟控制和读出功能的当前一代超导量子计算系统，使该公司能够与其基于数字 SFQ 芯片的下一代量子计算机进行比较。
借助 SeeQc Red，该公司已经实现了平均2量子比特门的速度为39ns，平均门保真度为98.4％，可以说这是在云端运行的最佳公开可用的量子系统之一。
Seeqc 联合创始人兼首席产品官 Matthew Hutchings 表示：“与云上可用的通用量子计算系统相比，我们的系统的错误率比竞争系统低四倍。
SeeQc Red在任何公开可用的量子云服务上提供最快的本地两量子比特门速度。虽然其他系统关注的是更多量子比特，但Seeqc的系统专注于质量和速度。它的门速度比竞争对手快10倍，同时提供的门保真度可与当前可用的量子云平台上最先进的系统相媲美。”
波士顿咨询集团合伙人 Matt Langione 表示：“要发挥作用，量子计算硬件基准指标规模、质量和速度这三者同时满足并不容易。这就是为什么系统中的量子比特数量每年都在增加，但该领域最重要的结果通常是在小型量子比特系统上运行的，通常是 10 个或更少，因为这些系统具有高质量的量子比特和快速的门速度。”
04. 首个面向应用的量子系统
SeeQc Red采用公司专有的量子计算平台，包括云门户、软件和固件包。该平台允许用户访问该参考系统，运行任何通用应用程序或算法。
SeeQc 联合创始人兼首席执行官 John Levy 表示：“到 2023 年，我们期待用我们的数字SFQ芯片取代传统的室温电子元件，用于我们下一代SeeQc量子计算机中，这也将是我们实现基于芯片的误差校正能力的可扩展、节能量子系统的重要一步。”
SeeQc计划推出首个面向应用的可商业化、可扩展的量子计算系统。
大多数现有的量子系统并非专为行业特定应用而构建。SeeQc正在与其合作客户合作，使其系统专为应用而设计，例如降低解决工业化学、制药和材料科学等行业关键问题的系统要求，并确保这样的系统能够扩展到大企业问题的复杂度。
SeeQc 已经与全球主要工业公司建立了合作伙伴关系，包括德国的默克公司，以及最近宣布的合作伙伴巴斯夫公司。
关于SeeQc
SeeQc成立于2018 年，总部位于纽约，从半导体制造商 Hypres Inc 剥离而出。公司专注于为量子计算构建混合架构，将量子处理器与经典计算机相结合。
引用：
