系统说明指出,这是利用芯片上集成的超导铌制备的微波谐振器和波导,生成和路由微波光子,在特定量子比特之间建立远程纠缠连接,从而实现多比特量子计算。
这种互联是可动态配置的,意味着芯片的拓扑结构可以根据计算任务进行调整,灵活性远超固定架构。
颠覆性的冷却单元——微型逆电卡制冷器:
这是让林枫最感不可思议的部分。在芯片的特定区域,设计了一个独立的薄膜结构层,厚度仅有几百微米。它由一种特殊的稀土氧化物复合材料和电极阵列构成。
系统原理简述:当施加一个变化的电场时,这种材料的电偶极子会发生有序-无序的转变,吸收芯片产生的热量,导致自身温度急剧下降,实现固态制冷。
这个微型单元的设计目标,是能够将芯片核心区域的温度,从常规液氦温度(4.2K)主动降低到1.5K左右!
“不需要庞大的稀释制冷机?至少……不需要那么极端的低温?”林枫的心脏狂跳起来。
他深知,当前主流的超导量子计算需要将芯片冷却到接近绝对零度(约0.01K),依赖的是体积庞大、价格昂贵(动辄数千万人民币)、耗电量惊人的稀释制冷机。
而这个集成在芯片上的、只有指甲盖大小的冷却单元,竟然能实现1.5K的低温!这不仅仅是技术的突破,更是对量子计算机小型化、实用化的革命性推动!
错误控制与容错设计:
图纸还包含了一套林枫看不太懂,但感觉极其厉害的动态解耦序列和表面码量子纠错的初步方案。
系统标注,通过优化的脉冲序列和比特编码,可以有效抑制环境噪声,将单量子比特逻辑门错误率压制到10^-4(万分之一)以下,两量子比特门错误率压制到 10^-3(千分之一)以下。
这虽然距离完全容错量子计算还有距离,但已经远远超越了当前实验室水平的错误率(通常高一个数量级左右)。
性能预估:
系统给出了一个粗略的性能指标:
-> 理论峰值算力:等效于特定任务下每秒执行 10^18 次双精度浮点运算(1 EFlop/s)。
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-> 对比参考:当前全球最强超级计算机“前沿”(Frontier)的持续性能约为 1.1 EFlop/s。
“五十个量子比特……理论峰值就能媲美甚至超越一台占地数千平方米、耗电数十兆瓦的超级计算机?”林枫感到一阵眩晕。
这还只是50比特的样机!如果扩展到100比特、1000比特呢?那将是算力维度的彻底碾压!
材料与工艺挑战:
然而,辉煌设计的背后,是冰冷的现实。林枫再次审视那份材料清单,这一次,他更能理解这些材料的苛刻要求为何是必须的:
· 同位素纯化硅-28:是为了消除天然硅中大量存在的硅-29同位素(核自旋不为零),其核自旋产生的磁噪声是导致量子退相干的主要元凶之一。