D-Wave在门模型量子计算机控制上取得突破，通过“凸块键合”技术，将片上控制与量子处理器集成，大幅减少连接电缆数量，解决了传统方案噪声和发热问题。该技术利用超导金属，提高可扩展性，并借鉴了其量子退火计算机经验。
译自：Fewer Wires, More Qubits: D-Wave Tackles Quantum Computing’s Cable Problem
作者：Frederic Lardinois
量子计算先驱 D-Wave 今天宣布，在其构建和控制即将推出的门模型量子计算机的方法上取得了一项行业突破。
除了如何在这些机器上最好地执行必要的纠错以运行商业上可行的算法这一持久问题之外，量子计算行业目前关注的一个问题是如何将量子计算单元连接到控制它的经典机器。
为什么电缆是量子计算机的一个问题
这通常涉及从每个量子比特引出几根电线连接到控制它的机器，以执行纠错等任务。
由于量子比特非常不稳定，因此需要多个物理量子比特来创建一个所谓的逻辑量子比特。其基本思想是，由于单个物理量子比特可能会随机退相干（可以将其视为经典计算中的位翻转），让相当多的量子比特协同工作，可以更容易地知道哪个量子比特显示了错误的值。要使量子计算机变得有用，大约需要一百个逻辑量子比特，这可能意味着数千甚至数十万个物理量子比特。
从容纳量子计算处理器并保护其免受外部噪声影响的低温室到外部机器，需要传输大量的电线——而且每根电线都会为该低温室增加额外的噪声和热量，该低温室必须冷却到仅几毫开尔文。
“如果你想想半导体行业是如何发展的，你的手机和笔记本电脑里有数十亿个晶体管的芯片。绝对没有数十亿条控制线连接到芯片上，”D-Wave 首席开发官 Trevor Lanting 告诉我。“要确保你牢牢掌握这种控制，这对于量子计算技术的增长和日益普及至关重要。”
D-Wave 的优势
D-Wave 在这方面具有一定的优势，因为它能够重复使用其第一批量子计算机也曾使用过的标准半导体技术（凸块键合）。毕竟，该公司是历史最悠久的量子计算公司之一，但其最初的重点与大多数新兴公司所关注的量子计算机类型截然不同。
D-Wave 公司仍在不断改进的那些初代机器，专注于量子退火，非常适合解决优化问题。但这也意味着，与更类似于经典计算机的门模型机器相比，它们的应用场景更为有限。
这些退火量子计算机的优势在于纠错问题不那么突出，D-Wave 已经有一些商业客户，例如 NTT Docomo，他们在实际应用中使用其退火系统。
现在，随着其构建门模型量子计算机的努力，D-Wave 可以借鉴之前的一些经验，尽管它使用的量子比特类型（超导通量量子比特）与行业内其他大多数公司不同。
凸块键合来解救
凸块键合是半导体行业开创的一项技术，用于制造日益复杂的芯片。通过使用导电金属的微小焊点，半导体制造商可以将复杂的组件相互堆叠——并将其连接到外部世界，而无需电线。
D-Wave 与位于明尼苏达州的 SkyWater Technology 合作作为其代工伙伴，制造了一个多芯片封装，将片上控制技术与量子计算处理器结合起来，将电缆数量减少到以前所需的一小部分。
“我们的退火系统采用多层制造堆叠构建，芯片上有多达大约一百万个有源约瑟夫森结组件，”Lanting 解释说。“我们对门模型控制所做的是使用这种多层技术，它允许我们构建这种低温数字控制，然后我们将其与高相干量子比特芯片集成，而后者在一个单独的芯片上。”
Lanting 强调，对于此应用，用于凸块的金属必须是超导的，以便不会产生额外的热量。
“这些凸块键合是超导的至关重要，”他说。“我们希望确保当我们通过这种凸块键合技术在这两个芯片之间进行互连时，我们不会破坏超导回路——这反过来使我们能够基本上利用我们为退火技术开发的所有控制功能，用于门模型处理器。”
该公司能够使用其为退火量子计算机开发的大部分原始设计，但它确实需要做大量工作，以确保超导互连按预期工作。
我们可能会看到量子计算行业中的不同参与者，在如何控制其单个物理量子比特方面采取不同的方法。D-Wave 显然认为其方法将比现有方法更具可扩展性，并且还允许该公司将其系统模块化，并根据需要添加额外的量子处理单元。
近来，该行业在纠错方面取得了快速进展，因此，将重点转移到在可扩展系统中实践这些进展是合乎情理的。
