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日本投入2000億日圓開發光量子計算機 預計2030年完成

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2021年12月27日
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 日本投入2000億日圓開發光量子計算機

日本産官學聯盟開發出使用光子型量子計算機(或稱量子電腦)的核心技術,NTT和東京大學等12月22日發佈消息表示,計劃到2030年製造出高性能實體量子電腦。
 
這項研究經費總額為2000億日元(17.5億美元),獲得日本科學技術振興機構 (JST) Moonshot 研發項目的支持,其中Moonshot Goal 6:實現容錯通用量子計算機,到 2050 年將徹底改變經濟、工業和安全。該項目主任:Katsuhiro Kitagawa教授,大阪大學工學研究院,該研發項目“大規模容錯通用光量子計算機的開發”,項目經理:Akira Furusawa,東京大學工學研究院教授。該技術將從2022年開始著手製作實機,希望2030年完成。
 
這是一種「光量子計算機」應用是基於量子力學物理學理論的光子的性質。NTT、東京大學和理化學研究所開發出裝置,能以優良的品質製造出被稱為「壓縮光(Squeezed light)」(對計算起到關鍵作用)的特殊光。將這種光傳輸到光纖中,可以導出想要解決問題的答案。
 
要實現光量子計算機,最重要的零組件之一是產生壓縮光的量子光源,這是光量子計算機中量子性質的起源。特別是,非常需要光纖耦合的量子光源。壓縮光是一種非經典光,具有偶數個光子和壓縮量子雜訊,用於產生量子糾纏。此外,壓縮光在量子糾錯中起著極其重要的作用,因為利用光子數的奇偶校驗使量子糾錯成為可能。為了實現大規模通用容錯光量子計算機,需要一種光纖耦合的壓縮光源,該光源具有高度壓縮的量子雜訊和即使在高光子數組件中也能保持光子數奇偶性的光纖耦合壓縮光源。例如,需要超過 65% 的壓縮水平才能生成可用於大規模量子計算的時域多重量子糾纏(二維簇態)(time-domain multiple quantum entanglement (two-dimensional clustered states))然而,由於難以產生高質量的壓縮光,此類設備從未被開發出來。
 
在這項研究開發:
  • 一種新的光纖耦合量子光源(optical fiber-coupled quantum light source),可在光通訊波長下工作。
  • 通過將其與光纖組件相結合,首次成功地產生了連續波壓縮光,壓縮量子雜訊超過 75%,邊帶頻率超過 6 THz,即使在光纖封閉系統中也是如此。
  • 這意味著光量子計算機中的關鍵器件已經能以兼容光纖的形式實現,同時保持了光的頻寬特性。這將有助於在使用光纖和光通信設備的穩定和免維護系統中開發光量子計算機。這將極大地推動機架式大型光量子計算機的發展。
在這個實驗中,使用了一種新方法,其中第一個模組產生壓縮光,第二個模組將光量子訊息轉換為經典光訊息。作為光源開發的光參量放大器用於相反方向,以實現保持光子數奇偶性的光放大。與傳統的平衡零差檢測技術不同,這種測量方法可以將量子信號放大並轉換為經典光信號,而無需將其轉變為電子。由於這一點,它可以實現非常快速的測量。該技術未來可用於實現全光量子計算機,將為實現以太赫茲計時之頻率運行,且速度極快的全光量子計算機做出巨大貢獻。

這項研究的結果將於2021年12月22日(美國時間)發表在美國科學期刊Applied Physics Letters。(1230字;圖1) 

 
 
參考資料:
Realization of modularized quantum light source toward fault-tolerant large-scale universal optical quantum computers. NTT, 2021/12/22.
鴻海成立「離子阱實驗室」 5年內推出離子阱量子電腦。科技產業資訊室(iKnow),2021/12/13。 

哥倫比亞大學研究利用二維材料縮小量子位元。科技產業資訊室(iKnow),2021/12/10。 
D-Wave計畫開發超導量子閘模型之量子電腦。科技產業資訊室(iKnow),2021/10/12。 
量子電腦,維基百科。

淺談量子計算硬體:量子位元技術的演進與挑戰。科技新報,2021/11/30。


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