内容来源：量子前哨（ID：Qforepost）
编译丨浪味仙 排版丨浪味仙
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日前，PsiQuantum 宣布推出 Omega，这是一款专为实用级量子计算设计的光子芯片。Omega 集成了构建百万量子比特级量子计算机所需的所有先进组件，每个光子组件的性能均超越当前最先进水平，有望兑现量子计算带来的颠覆性技术承诺，相关研究成果已于近日在《Nature》杂志上发表。
该研究论文展示了高保真度的量子比特操作，以及一种简单且可实现长距离互连的芯片间量子比特互联技术，这一关键扩展能力在其他技术路径中一直面临挑战。
量子计算芯片的大规模制造一直是难以解决的问题。量子计算芯片 Omega 由 PsiQuantum 设计，在位于纽约州奥尔巴尼的高产能半导体制造企业格芯（GlobalFoundries）代工生产，通过将高性能光子组件集成到经过工业验证的高产能制造工艺中，可为大规模系统集成做好准备，这标志着量子计算已迈向更高技术成熟度和规模化生产的新阶段。PsiQuantum 计划今年在澳大利亚布里斯班和美国伊利诺伊州芝加哥两地开工，建设两个数据中心级别的量子计算中心。
PsiQuantum 的方法基于单光子，并利用最初为电信和数据中心网络应用开发的硅光子芯片技术进行操控。为了满足量子计算的应用需求，PsiQuantum 将芯片性能提升至远超当前最先进水平，并在制造工艺中引入了新材料，包括用于高效单光子探测的超导材料，以及 PsiQuantum 在加利福尼亚州圣何塞研发和生产的钛酸钡（BTO），这是一种用于低损耗、高速光学开关的先进材料。
此外，PsiQuantum 还克服了环境噪声和芯片低温运行方面的挑战，以展示研究论文中详述的电路性能。最新测量结果包括：单量子比特状态制备和测量的保真度达到 99.98%，双光子量子干涉可见度达到 99.5%，芯片间量子互连的保真度达到 99.72%。
PsiQuantum 联合创始人兼首席执行官 Jeremy O’Brien 表示：“在过去的 25 年里，我始终坚信，为了在有生之年构建出真正有用的量子计算机，我们必须找到一种方法来充分利用成熟半导体行业无可比拟的能力。这篇论文验证了这种信念。”
早在 20 多年前，PsiQuantum 的创始团队就在澳大利亚布里斯班进行了世界上首个基于单光子的双量子比特逻辑门实验室演示，提出了集成量子光子技术和基于融合操作（fusion-based）的量子计算架构，并在 2013 年通过云端提供原型量子处理器远程访问服务。自此以来，PsiQuantum 聚焦规模化、性能优化和制造工艺突破，致力于构建百万量子比特级系统，以推动商业应用的落地。
PsiQuantum 还为量子计算机引入了一种全新的冷却解决方案：取消了标志性的“吊灯”式稀释制冷机，转而采用更简单、更强大且更易于制造的立方体设计，这种设计更接近数据中心的服务器机架。《Nature》论文分享了关于这种新型冷却方法的一些细节，该方案目前已部署在 PsiQuantum 的英国工厂。
凭借这些技术突破，PsiQuantum 现已具备大规模制造和冷却量子芯片的能力。尽管 PsiQuantum 表示仍要持续改进器件的性能、集成度和良率，但在制造成熟度方面已无“下一步”——格芯（GlobalFoundries）已是一级（tier-1）晶圆厂。PsiQuantum 已经对数千片晶圆上的数百万个器件进行了特性分析，目前每月执行约 50 万次测量。
“半导体制造必将是大规模构建量子计算机的重要组成部分。在 GlobalFoundries，我们深知要在规模化的前提下严谨地打造先进器件所面临的巨大挑战，而 PsiQuantum 在这一过程中展现出的专业能力和技术进步让我们倍感钦佩。”GlobalFoundries 总裁兼首席执行官 Thomas Caulfield 博士说道：“我们的合作，使得 GlobalFoundries 世界一流的光子学制造能力，与 PsiQuantum 在光量子计算领域的先进技术相结合，迄今为止的成果令人惊叹。我们期待继续突破技术边界，共同迈向大规模量子系统。”
PsiQuantum 当下的重点是将这些芯片在机架之间互联，构建规模越来越大的多芯片系统。为此，PsiQuantum 正在通过与美国能源部的合作，在位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的斯坦福线性加速器实验室（SLAC）扩展相关工作，同时在硅谷建立新的制造和测试设施。尽管芯片间互联仍是许多其他量子计算路径面临的技术难题，但光量子计算机具备天然优势——光量子比特可以直接通过标准电信光纤进行联网，无需进行模态转换。PsiQuantum 已成功实现高保真量子互联，并在长达 250 米的距离上完成了稳定传输。
2024 年，PsiQuantum 宣布与澳大利亚联邦政府、昆士兰州政府、伊利诺伊州政府以及芝加哥市政府达成两项重要合作协议，在布里斯班和芝加哥建设全球首批实用规模量子计算机。这些合作关系体现了各国对量子计算作为“主权能力”（sovereign capability）的认可，并彰显了全球在百万量子比特规模系统竞赛中的加速布局。今年晚些时候，PsiQuantum 将在这两个地点开工建设量子计算中心，并部署首批实用规模的百万量子比特系统。
“Omega 让我们不再停留在科学实验阶段。”PsiQuantum 联合创始人兼首席科学官 Pete Shadbolt 提到：“在创立 PsiQuantum 之前，我与联合创始人还在大学实验室里，仅能操控少量的量子比特。但当时我们就已经清楚，我们所使用的平台性能存在严重不足——我们需要数百万个量子比特，而这意味着必须联合成熟的晶圆厂，将各种看似不可能兼容的组件集成到同一平台中，并沿着一条当时看似几乎不可能的性能提升曲线前进。令人振奋的是，我们的这支团队在过去十年间坚定执行了这一计划，如今我们终于拥有了可用于构建首批商业级量子计算系统的技术，这无疑令人无比激动。”
“我们的优势在于硬件的可制造性和互联能力。”PsiQuantum 联合创始人兼首席技术官 Mark Thompson教授表示：“我们的技术交由一家高产能半导体工厂制造，该工厂通常生产用于手机和汽车行业的芯片，而如今，它已能够生产全球性能最高的光子芯片。此外，我们可以通过传统光纤无缝连接这些芯片，使我们的系统能够快速扩展，并交付真正强大的量子计算机。”
Reference：
1、https://www.reuters.com/technology/startup-psiquantum-says-it-is-making-millions-quantum-computing-chips-2025-02-26/
2、https://thequantuminsider.com/2025/02/26/psiquantum-announces-omega-a-manufacturable-photonic-quantum-computing-chipset/