为了总结商用量子计算机产品关键组件的供应链需要什么,荷兰量子生态系统形成了ImpaQT项目,他们的第一个任务是:制定路线图。对于这样的路线图,需要对其所有构建块进行标准化和集成,并拥有可以提供高质量组件并确保供应安全的成熟供应链。

ImpaQT 团队表示,产品开发方法会将重点放在功能和性能要求上。然而,产品开发方法需要系统工程方法。根据 ImpaQT 项目,商用量子计算机产品应满足以下要求:

  • 要求 1:为商业界感兴趣的问题提供解决方案

  • 要求 2:支持 NISQ 应用的开发和执行

  • 要求 3:开发使能量子处理器

  • 要求 4:调整量子器件的性能

商用量子计算机路线图概览:路线图将产品开发分为以下组件:

  • 量子处理器

  • 低温输入/输出链

  • 控制电子设备

  • 校准和控制框架

  • 应用

这种方法将组件进一步分解为“操作期间所需”和“启动系统所需”的组件。

主要商用量子计算机路线图组件:与量子处理器相关的有芯片设计、哈密顿量和静电模拟“启动系统”,其中包含“运行期间所需”的组件,如QPU、参数放大器、样品安装、布线、过滤和连接器。

关于应用,芯片设计和电路模拟器应符合“启动系统”的要求,量子算法、编译器和语言应符合“操作过程中的要求”。

关于校准和控制框架,“运行期间”需要“控制软件”,其中“启动系统”所需的组件包括:“表征”、“校准”、“量子计算机验证和验证”(QCVV)组件和多个模拟器,例如“脉冲轨迹模拟器”。

尽管ImpaQT项目成员声称,距离实现这样一台商用量子计算机还有十年的时间,但这一以最终用户产品为中心的路线图可以指引未来几年其他组件的差距和路线图(一种“嵌入式”路线图),同时为整个商用量子计算机领域提供指导。

量子计算机验证与确认(QCVV)协议:Q-RBPN:QCVV在2021年8月由Adrien Suau及其同事出版的《量子计算硬件的单量子比特跨平台比较》论文实现了一个里程碑。他们的工作提供了一种称为Q-RBPN的“量子比特响应、偏置、正饱和、负饱和”协议,用于测量量子硬件平台中量子比特的四个基本特性。该Q-RBPN协议可扩展到具有数千个量子比特的大型量子计算机,并可深入了解特定硬件设备内和设备系列之间的量子比特特性分布。这是首个可以提供量子计算(IBM-Q)和量子退火(D-Wave系统)硬件平台上单个量子比特性能的并行比较的协议。

芯片设计路线图:《ImpaQT路线图中的量子处理器组件》。该论文指出,可以将Arne Laucht及其同事于2021年2月提出的“量子纳米技术路线图”嵌入到芯片设计组件中,以“在操作过程中”使用所需的相邻组件“启动系统”。这篇关于量子处理器的非常全面的综述提供了用于量子计量和传感的量子设备的现状,作为量子计算的构建块,以及作为量子通信的源和检测器。

NISQ算法路线图:《ImpaQT路线图中的算法组件》。该文章将Kishor Bharti及其同事于2021年1月发表的《含噪中尺度量子(NISQ)算法》评论嵌入到量子算法、编译器和语言组件中,以“构建系统”,应用于物理学、机器学习、量子化学和组合优化等多个学科。文中的评论讨论了它们的局限性和优势,以及用于编程和测试NISQ设备的额外基准测试和软件工具。

图:全栈量子计算机由许多需要无缝协作的不同组件组成。左侧图片显示了基于超导器件的量子系统的这种堆栈的简化版本。在Section 2中,项目成员以那些超导系统为重点回顾了该技术的状态,并将其与客户需求一起用于推导出产品要求和规格。右侧图片展示了产品路线图中的不同产品以及这些产品与堆栈的哪些部分相关。在Section 3中,项目成员描述了产品路线图,其中包含需要开发以满足要求和规范的不同产品。(图片来源:EPJ Quantum Technology )

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