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《日本产业技术综合研究所（AIST）等机构研究人员共同提出了能够控制多个量子比特的超导电路，并成功验证了电路工作原理》

  • 编译者： 李晓萌
  • 发布时间：2024-07-06


  • 近日，日本产业技术综合研究所（AIST）量子AI融合技术商务开发全球研究中心竹内尚辉主任研究员，为了加速大规模超导量子计算机的开发，与国立大学法人横滨国立大学吉川信行教授、山荣大树特任教员（研究当时）、国立大学法人东北大学山下太郎教授、日本电气株式会社山本刚主席研究员共同提出了能够控制多个量子比特的超导电路，并成功验证了电路工作原理。

    为了实现实用的量子计算机，需要控制在极低温下运行的大量量子比特的状态，据说所需的量子比特数为100万个。现有的量子计算机将室温下产生的每一个微波信号用不同的电缆传输到极低温下的量子比特。这需要连接室温和极低温的大量电缆，因此可控制的最大量子比特数限制在1000个左右。

    这次，通过多路复用微波，提出了一条电缆可以控制多个量子比特的超导电路，在液氦中（绝对温度4.2K）成功验证了其原理。如果这个技术被实用化，由于能提高到以前的1000倍左右微波的传输路径的密度，能飞跃性地增加在极低温下能控制的量子比特数。这将加速大规模量子计算机的开发。

    该研究成果将于2024年6月3日（伦敦时间）在《NPL Quantum Information》期刊上发表（DOI：10.1038/s41534-024-00849-2）。


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    • 近日，日本产业技术综合研究所（AIST）、日本理化学研究所、日本电气株式会社与富士通株式会社联合推进大规模量子计算机系统全景路线图制定工作，现作为系列首份成果，正式发布《面向大规模量子计算机系统供应链的技术报告：超导技术供应链》。 AIST量子·AI融合技术商业开发全球研究中心（G-QuAT）依托内阁府"战略性创新创造计划（SIP）"第三期课题——"先进量子技术基础的社会应用促进"（项目总监：NTT株式会社寒川哲臣），在其子课题"量子计算"（子项目总监：G-QuAT堀部雅弘）框架下，致力于开发解决实际社会与产业课题的具体应用案例。本次通过研究开发主题A-4"大规模量子计算机系统路线图制定"（研发负责人：产总研昆盛太郎），针对多种量子计算机技术路径中的超导方式，完成了面向大规模量子计算机系统的技术报告书。该报告系统阐述了超导方式整体技术要素及规模化开发要件，旨在通过公开报告内容，推动日本优势材料与制造产业积极进军量子领域，助力构建稳定强韧的供应链体系。 社会背景 量子计算机实现实用化与规模化，不仅需要周边设备、零部件及材料的高度发展，更亟需构建相应的供应链体系。日本产业在电子器件、零部件及材料等领域具有显著优势，但目前量子计算机系统的技术规格尚未明确，导致众多企业（尤其是中小企业）面临较高准入门槛。 针对这一现状，项目将通过明确量子计算机系统技术规格，编制系统整体及所需设备、零部件、材料等技术报告书，旨在推动包括中小企业在内的广泛产业界积极参与，构建稳定强韧的供应链体系。 技术报告书核心要点 超导型量子计算机系统全链路要素技术及必要规格； 规模化进程中的关键开发要素； 全球主要机构的量子计算研发动态。 超导量子计算机的关键构成技术包括信号放大器、电缆、连接器、高频组件、稀释制冷机及控制系统等。约两年前实施的调查显示，超导量子计算机的多数零部件与设备由日本企业开发（首位：日本31种，第二位：美国29种，第三位：德国4种，其他），基本可依靠日美两国零部件完成超导量子计算机的组装。其中部分零部件产品技术壁垒较高，已成为后发企业难以突破的瓶颈技术。 这些技术多源自通信产业等非量子领域部件的转化应用，通过国家及研究机构支持实现这些器件的小型化、高密度化与节能化，不仅能解决阻碍大规模量子计算机实现的难题，还可反哺原产业领域的技术升级与竞争力强化。 例如量子比特状态读取与控制需依赖微波传输线路，目前主要采用同轴电缆。为实现量子比特大规模集成，必须增加微波线路数量，但这会导致安装面积与热负荷激增，现有部件材料已难以支撑量子计算机的进一步扩容。解决该课题需开发更大型高功率稀释制冷机、扁平化电缆及多联连接器等关键技术。 基于此，本研究针对超导量子计算机元件技术，系统梳理大规模集成化面临的课题，并通过国内外制造企业、研发机构及国际会议等多渠道收集量子计算机相关情报。在此基础上编制并公开发布技术报告，明确实现千比特级及以上量子计算机所需的研究要素与配套环境要求。 未来规划 除超导方式外，还将陆续编制光量子、中性原子、离子阱等其他技术路线的量子计算机技术报告书。计划系统研究各技术路径共通的设备、零部件及材料，探讨非量子产业产品的转化应用潜力，并通过技术报告验证其市场价值与经济可行性，从而吸引更多企业参与量子产业生态建设。
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  • 《日本产业技术综合研究所（AIST）与东京理科大学的研究人员联合开发了一种利用光子吸收进行量子电路冷却的快速评估技术》
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