在量子計算領域，有一家美國初創公司正在追逐一個看似遙遠的目標：利用光子打造強大的量子計算機。
到目前為止，這家名為 PsiQuantum 的公司已經籌集了超過 10 億美元資金，估值超過 30 億美元，其雄心勃勃的計劃正引來越來越多的關注。
2016 年，PsiQuantum 公司創始人傑裡米·奧布萊恩（Jeremy OBrien）與三位學者一起創立了該公司。
短短八年間，這家總部位於美國加利福尼亞州帕洛阿爾託的公司已發展成為擁有 350 名員工的企業，其資金儲備可能已經與或 IBM 的內部量子計算專案相當。
PsiQuantum 的技術路線與其他主要競爭對手有著本質區別。傳統的量子計算公司通常使用原子、離子或超導材料製成的量子位元，這些都是具有質量且通常固定在某個位置的物理物件。
而 PsiQuantum 選擇了一條不同的道路，使用沒有質量的光子，也就是光的粒子，作為量子位元，這些被稱為“飛行量子位元”的光子具有獨特優勢。
在技術層面，PsiQuantum 的方法“理論上很簡單”。他們使用一種叫做光束分束器的光學裝置，將單個光子同時傳送到蝕刻在矽片上的兩條路徑（波導）中。由於光子沒有電荷和質量，它們基本上不受周圍環境的影響。
這意味著即使在室溫下，基於光子的量子位元也能避免困擾其他硬體的許多型別的噪聲干擾。這種保持量子資訊並能高速長距離傳輸的能力，讓構建大規模高速系統成為可能。
然而，這條技術路徑也面臨著諸多挑戰。首先，難以按需產生近乎相同的單個光子；其次，光子容易被吸收和損失；最困難的是，讓這些“飄忽不定”的粒子相互作用。
為了解決這些問題，PsiQuantum 公司投入了大量資源進行技術創新。例如，他們建立了自己的設施來生長高純度的鈦酸鋇晶片，希望用這種材料高效地引導光線。
在製造方面，PsiQuantum 與美國半導體巨頭格羅方德（Global Foundries）建立了合作伙伴關係。他們的光子器件將採用 45 奈米技術，工藝流程包含 35 層和 600 多個步驟。
所有元件都使用 C 波段波長，以便與光纖通訊相容，為設計的靈活性和新功能的開發提供了更多可能性。
目前，PsiQuantum 已經在英國建造了小型光子系統，一個更大的系統正在美國斯坦福直線加速器中心安裝。用於斯坦福專案的大型製冷器已經完工，正在等待安裝輸送氦氣的管道系統。
根據計劃，這些製冷器將在今年年底前在斯坦福安裝完成，2025 年將安裝大量單光子源用於系統評估。
在澳大利亞布里斯班，PsiQuantum 獲得了 6.2 億美元的政府資金支援，計劃到 2027 年建成第一臺實用規模的容錯光量子計算機。
此外，該公司將作為美國伊利諾伊量子和微電子園區的主要承租方，獲得 30 年內價值 5 億美元的稅收優惠，並計劃建造一臺百萬量子位元的光量子計算機。
儘管公司獲得了鉅額投資和政府支援，但也面臨著質疑。一些科學家擔心公司承諾的目標可能難以實現。
美國加州大學伯克利分校的量子物理學家西蒙·科爾科維茨（Shimon Kolkowitz）認為，押注 PsiQuantum 是“風險極高的”。
與其他競爭對手相比，該公司展示的成果相對較少，他們沒有選擇逐步展示幾十或幾百個量子位元的系統，而是直接瞄準需要約百萬量子位元的大型機器。
對此，該公司高管對媒體表示，他們已經取得了比公開展示更多的進展，投資方也已經仔細審查了他們的計劃。奧布萊恩談到這些挑戰時用的都是過去時，並堅持認為成功幾乎是毫無疑問的。
一些獨立研究人員也認為該公司的計劃是可行的。法國國家科學研究中心的量子光學物理學家帕斯卡爾·塞內拉爾（Pascale Senellart）稱，這是“一場令人驚歎的賭注，非常值得探索”。
如今，PsiQuantum 正在英國建造原型機，這些裝置高約 2 米，包含了低溫製冷裝置和許多必要的計算元件。並且，更大規模的裝置將於 2025 年在美國投入使用。
根據奧布萊恩的說法，PsiQuantum 的最終計算機將需要約 100 個這樣的裝置，佔地面積相當於一個倉庫。
總的來說，在這個充滿不確定性的量子計算競賽中，PsiQuantum 選擇了一條與眾不同的道路。儘管面臨諸多質疑和挑戰，當前科技界仍在密切關注它能否成功打造出世界上第一臺實用的光量子計算機。
參考資料：
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03827-y
https://www.psiquantum.com/
https://www.forbes.com/sites/moorinsights/2024/08/21/psiquantum-is-closing-in-on-fault-tolerance-and-a-million-qubits/
運營/排版：何晨龍
