NEC 開發單元晶格，預計2023年達成4 Qubits 完全連接之量子退火機
科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2022年4月12日
2022 年 3 月 17 日，日本 NEC Corporation 公司開發了世界上第一個 LHZ架構的單元電池(unit cell)，使用超導參量 (superconducting parametron) 量子比特 (qubits) 促進擴展到全連接架構。這是NEC 已經成功地展示了使用這些量子位元的量子退火操作，這將實現高精度計算，讓NEC有機會生產一種實用型量子計算機的量子退火機 (quantum annealing machine) 的進展機會。
其實，量子退火機是量子電腦或量子計算機之一種演算法類型。根據維基百科解釋，量子退火（Quantum annealing ）是一種量子漲落特性的次經驗演算法，可以在目標函數擁有多組候選解答的情況下，找到全局最優解。量子退火主要用於解決離散空間有多個局部最小值的問題(組合優化問題)，例如尋找自旋玻璃的基態。
圖 1：LHZ 架構單元晶格（左）和放大架構圖（右）
圖片來源：NEC
組合優化對於尋找複雜網絡問題的解決方案很重要，可從大量潛在選擇中找到最佳解決方案。1999 年，NEC 開發了一種超導量子比特用於門式(gate-type)量子計算機。此後，NEC 將該技術應用於研發使用超導參量子量子比特的量子退火機，該機器可以高速、高精度地解決組合優化問題。
NEC 開發具有四個Qubits的 LHZ 架構。這可以利用超導參數和電路耦合技術擴展到多個完全連接的邏輯量子位元。NEC 利用這項新技術通過量子退火成功解決了小規模組合優化問題，實現了世界首創。在另一個世界首創中，NEC 還開發了一種 3D 結構技術，該技術可以有效地將許多以瓷磚圖案排列的 LHZ 單元晶格與外部設備連接起來。
圖2：超導參量晶片三維結構技術示意圖
圖片來源：NEC
NEC獲得日本新能源與產業技術開發機構 (NEDO) 委託的項目，致力於開發使用超導參數的量子退火機。NEC 目前正在進行研究和開發，以提高超導參數在全連接架構，目標是到 2023 年試製完成量子退火機，以加速量子計算機的發展。
[註解] LHZ scheme：LHZ 是 Lechner、Hauke 和 Zoller 提出的一種技術的縮寫。隨著量子比特數量的增加，在硬體中很難將每個量子比特直接連接到其他每個量子比特。為了解決這個問題，ParityQC 與 LHZ 一起提出了一種轉換，該轉換能夠使用僅與最鄰近物理連接的量子位來獲得量子位完全連接。由四個量子位元和連接它們的中央耦合電路組成的單位晶格可以使用類似瓷磚的模式進行複製。
[註解] 超導參量(Superconducting parametron)：由約瑟夫森結和電容器組成的超導諧振電路，以不同相位振盪，可用作量子比特。量子比特的壽命（它決定了可以進行高速操作的時間上限）比磁通量量子比特的壽命長一個數量級。預計在固定時間段內執行的計算將具有更高的準確性。
[註解] 量子退火機(Quantum Annealing Machine)：利用量子力學定律搜索成本函數的最小能量狀態的計算機。最小能量狀態對應於組合優化問題的解方，要計算的最小單位是一個量子比特。隨著量子比特數量的增加和量子比特之間的連通性增加，可以解決更大且更複雜的組合優化問題。(890字；圖1)
參考資料：
NEC develops the world's first unit cell facilitating scaling up to a fully-connected quantum annealing architecture. NEC, 2022/3/17.
各國家積極自主開發第一台量子電腦。科技產業資訊室 (iKnow)，2021/12/30。
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