要点:
加拿大初创公司Xanadu成功打造出名为“Aurora”的基于光子的量子计算机，能够在室温下运行，具有广阔的应用前景，并解决了量子计算的可扩展性问题，为未来的科技突破奠定了基础。
量子计算作为未来技术的前沿领域，正以前所未有的速度改变着我们对计算能力的理解。随着科学家们不断突破传统技术的极限，量子计算机的实用性逐渐展现出巨大的潜力。
近日，加拿大初创公司“Xanadu”的一项重大突破引起了全球关注。他们成功打造出一台名为“Aurora”的基于光子的量子计算机，能够在室温下运行，并有望应用于药物发现及更高效的机器学习算法。相关论文已在“Nature”上发表，标志着量子计算领域迈出了重要的一步。
Xanadu的CEO兼创始人克里斯蒂安·韦德布鲁克/Christian Weedbrook在声明中表示，“该行业面临的两大挑战是提高量子计算机的性能（纠错和容错）和可扩展性（网络）。Xanadu现在已经解决了可扩展性问题。” 这一突破无疑为量子计算的实际应用铺平了道路，开创了全新的可能性。
这款量子计算机由35个光子芯片和13公里长的光纤组成，分布在4个服务器机架上，能够实现光互联和联网。在开发过程中，Xanadu公司利用这些芯片构建了一个量子计算机的亚性能尺度模型，以验证其功能和可行性。这个模型将所有原始组件集成成离散的、可扩展的机架部署模块，并通过光纤互连进行联网。该系统配备了84个压缩器和36个光子数分辨探测器，能够在每个时钟周期提供12个物理量子比特模式。
该公司还表示，这台量子计算机成功合成了跨芯片纠缠，包含864亿模态的簇态，并展示了其实时解码能力，能够实现“层状距离-2重复码”（一种量子纠错编码方式）。目前，任何具有实际应用潜力的量子计算机都需要数千甚至数百万个量子比特，而与之相比，Xanadu的量子计算机仅需12个量子比特。更重要的是，由于其建立在服务器机架上的架构，这使得其扩展性非常强，便于随着需求增长而轻松扩展规模。
五年内已发布3篇量子相关Nature论文
为了开发这款量子计算机，Xanadu的硬件和架构团队结合了光子芯片设计、封装技术、电子系统设计与集成等多项技术。同时，他们还对该量子计算机进行了严格的基准测试，其中一次测试中成功让设备连续运行了两个小时。
值得一提的是，这款量子计算机所使用的芯片基于商业可用的制造平台，并且这些平台并未针对该计算机进行特别的优化。此外，这款量子计算机是在公司之前的研发基础上进一步发展而来。早在2021年，该公司就曾在“Nature”上发布过名为X8的系统，紧接着在2022年，他们又介绍了名为Borealis的系统。这两款系统的核心技术为本次量子计算机提供了重要支持。
Aurora量子计算机釆用模块化设计，由四个相似的单元组成，每个单元被安装在比人体略高且略宽的标准服务器机架中。
作为一台基于光子的量子计算机，Aurora使用光子量子比特处理信息，依赖透镜、光纤及其他光学元件，根据算法对激光束进行组合和重组。不过，该公司釆用了一种独特的设计方法，即让量子计算机的输出结果通过激光束中的最终光子数来表示。这种方式不同于谷歌和IBM等公司的做法，他们一般通过超导电路来编码信息。
与超导量子计算机不同，Aurora的服务器无需在低温下运行，因此在研发过程中不需要使用复杂的低温技术。尽管服务器机架可在室温下运行，光子计数探测器仍然需要在另一个房间保持低温。
Aurora的成功展示了专用模块化设计的有效性，通过这种模块化组件组合，构建一台具有纠错能力的通用光子量子计算机的关键要素已基本到位。该架构以及稳健量子比特态的运用也证明，在严格的量子时钟频率和经典硬件控制条件下，诸如量子门操作、实时纠错和解码等关键量子计算过程是可行的。
尽管量子计算机的前景广阔，能够以更快速度处理复杂计算并解决一些传统计算无法完成的任务，但目前量子计算的应用仍然受到扩展性问题的制约。在量子计算中，信息必须在系统中保持纠缠状态，即使粒子相距很远也能保持连接，这给量子计算机联网带来了特殊挑战。因此，构建“量子互联网”成为实现这一愿景的关键。
与IBM的Condor量子计算机需要1121个量子比特相比，Xanadu的12个量子比特看似微不足道。然而，光子量子比特对环境噪声的敏感度较低，使其能够更持久地保留信息。此外，传统光纤的应用也使得光子量子计算机的操作更加简便。
将在2029年建立拥有数千台服务器的量子数据中心
据悉，Xanadu的CEO兼创始人Christian Weedbrook本科和博士阶段均毕业于澳大利亚昆士兰大学，分别专攻物理学和量子专业。之后，他在美国麻省理工学院和加拿大多伦多大学从事博士后研究。
在多伦多大学进行博士后研究期间，Weedbroo在罗特曼管理学院的Creative Destruction Lab种子期加速器的支持下，创立了Aurora项目。如今，Xanadu已发展成拥有220名员工的公司，成功筹集了来自Georgian Partners、OMERS Ventures 和Radical Ventures 等投资者的2.41亿美元资金。此外，加拿大联邦政府的战略创新基金也为其提供了4000万美元的支持。
展望未来，Xanadu的目标是在2029年建立一个量子数据中心，计划部署数千台服务器，提供100万个量子比特。然而，在实现这一目标之前，Xanadu必须首先突破一个关键的量子里程碑：实现量子计算机的容错性。量子计算机相比传统计算机更容易出错，因此其复杂算法可能会得出不准确的结果，而错误的发生率随运行时间的延长而增加。
目前，量子计算领域的各家公司都在努力制造更为精确的设备，同时编写能够识别并修复错误的代码。 Weedbroo表示，Xanadu已在过去一年半里显著提升了芯片和光学部件的性能，但仍需要进一步改进以达到容错标准，并降低硬件成本。此外，如何将数千个服务器机架连接成一台巨型量子计算机也是一项艰巨的挑战。 “尽管面临困难，但隧道尽头的光芒已经越来越亮了。”
为了加速量子计算硬件的研发，Xanadu计划进行1亿至2亿美元的融资。值得一提的是，Xanadu并非唯一致力于光子量子计算机的公司，其他如美国的PsiQuantum和法国的Quandela等企业，也在通过中性原子、离子等技术探索量子计算系统的未来。虽然目前尚不清楚哪种量子比特类型将最终成为主流，未来的量子计算可能会通过多样化的技术路径共同推进，不同类型的量子比特可能会在特定的应用领域表现出独特的优势。
这一发展不仅反映了量子计算领域的技术多样性，也揭示了全球科技创新的复杂性与竞争格局。随着量子计算技术的逐步成熟，不同的量子计算公司将有机会根据自身的技术特色和市场需求，塑造各自的竞争优势。量子技术的进步不仅是科学和工程的突破，也将深刻影响到未来全球经济、科技及信息技术的发展格局，催生出全新的产业生态和创新机遇。
