在量子计算领域，有一家美国初创公司正在追逐一个看似遥远的目标：利用光子打造强大的量子计算机。
到目前为止，这家名为 PsiQuantum 的公司已经筹集了超过 10 亿美元资金，估值超过 30 亿美元，其雄心勃勃的计划正引来越来越多的关注。
2016 年，PsiQuantum 公司创始人杰里米·奥布莱恩（Jeremy O'Brien）与三位学者一起创立了该公司。
短短八年间，这家总部位于美国加利福尼亚州帕洛阿尔托的公司已发展成为拥有 350 名员工的企业，其资金储备可能已经与谷歌或 IBM 的内部量子计算项目相当。
PsiQuantum 的技术路线与其他主要竞争对手有着本质区别。传统的量子计算公司通常使用原子、离子或超导材料制成的量子比特，这些都是具有质量且通常固定在某个位置的物理对象。
而 PsiQuantum 选择了一条不同的道路，使用没有质量的光子，也就是光的粒子，作为量子比特，这些被称为“飞行量子比特”的光子具有独特优势。
在技术层面，PsiQuantum 的方法“理论上很简单”。他们使用一种叫做光束分束器的光学设备，将单个光子同时发送到蚀刻在硅片上的两条路径（波导）中。由于光子没有电荷和质量，它们基本上不受周围环境的影响。
这意味着即使在室温下，基于光子的量子比特也能避免困扰其他硬件的许多类型的噪声干扰。这种保持量子信息并能高速长距离传输的能力，让构建大规模高速系统成为可能。
然而，这条技术路径也面临着诸多挑战。首先，难以按需产生近乎相同的单个光子；其次，光子容易被吸收和损失；最困难的是，让这些“飘忽不定”的粒子相互作用。
为了解决这些问题，PsiQuantum 公司投入了大量资源进行技术创新。例如，他们建立了自己的设施来生长高纯度的钛酸钡晶片，希望用这种材料高效地引导光线。
在制造方面，PsiQuantum 与美国半导体巨头格罗方德（Global Foundries）建立了合作伙伴关系。他们的光子器件将采用 45 纳米技术，工艺流程包含 35 层和 600 多个步骤。
所有组件都使用 C 波段波长，以便与光纤通信兼容，为设计的灵活性和新功能的开发提供了更多可能性。
目前，PsiQuantum 已经在英国建造了小型光子系统，一个更大的系统正在美国斯坦福直线加速器中心安装。用于斯坦福项目的大型制冷器已经完工，正在等待安装输送氦气的管道系统。
根据计划，这些制冷器将在今年年底前在斯坦福安装完成，2025 年将安装大量单光子源用于系统评估。
在澳大利亚布里斯班，PsiQuantum 获得了 6.2 亿美元的政府资金支持，计划到 2027 年建成第一台实用规模的容错光量子计算机。
此外，该公司将作为美国伊利诺伊量子和微电子园区的主要承租方，获得 30 年内价值 5 亿美元的税收优惠，并计划建造一台百万量子比特的光量子计算机。
尽管公司获得了巨额投资和政府支持，但也面临着质疑。一些科学家担心公司承诺的目标可能难以实现。
美国加州大学伯克利分校的量子物理学家西蒙·科尔科维茨（Shimon Kolkowitz）认为，押注 PsiQuantum 是“风险极高的”。
与其他竞争对手相比，该公司展示的成果相对较少，他们没有选择逐步展示几十或几百个量子比特的系统，而是直接瞄准需要约百万量子比特的大型机器。
对此，该公司高管对媒体表示，他们已经取得了比公开展示更多的进展，投资方也已经仔细审查了他们的计划。奥布莱恩谈到这些挑战时用的都是过去时，并坚持认为成功几乎是毫无疑问的。
一些独立研究人员也认为该公司的计划是可行的。法国国家科学研究中心的量子光学物理学家帕斯卡尔·塞内拉尔（Pascale Senellart）称，这是“一场令人惊叹的赌注，非常值得探索”。
如今，PsiQuantum 正在英国建造原型机，这些设备高约 2 米，包含了低温制冷设备和许多必要的计算组件。并且，更大规模的设备将于 2025 年在美国投入使用。
根据奥布莱恩的说法，PsiQuantum 的最终计算机将需要约 100 个这样的设备，占地面积相当于一个仓库。
总的来说，在这个充满不确定性的量子计算竞赛中，PsiQuantum 选择了一条与众不同的道路。尽管面临诸多质疑和挑战，当前科技界仍在密切关注它能否成功打造出世界上第一台实用的光量子计算机。
参考资料：
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03827-y
https://www.psiquantum.com/
https://www.forbes.com/sites/moorinsights/2024/08/21/psiquantum-is-closing-in-on-fault-tolerance-and-a-million-qubits/
运营/排版：何晨龙
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