本文你將學(xué)到：

• 量子計(jì)算機(jī)為何需要監(jiān)控才能正常運(yùn)行。

• 為何采用片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）小芯片架構(gòu)？

• 基于金剛石的量子計(jì)算機(jī)如何不再需要低溫量子比特。

在人們沒(méi)有被戰(zhàn)爭(zhēng)、政府機(jī)構(gòu)襲擊事件，或是“如何改用更昂貴的汽油而非電動(dòng)車” 這類話題分散注意力時(shí)，人工智能（AI）持續(xù)吸引著全球目光。但別被表象迷惑，量子計(jì)算機(jī)才是科技發(fā)展的未來(lái)方向。

盡管 AI 將發(fā)揮助力作用，但小芯片架構(gòu)的進(jìn)步，最終將讓 AI 能夠監(jiān)控并穩(wěn)定量子計(jì)算機(jī)，使其運(yùn)行速度與效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

金剛石量子計(jì)算

IBM 的 Q System One 是一款 20 量子比特的傳輸子量子處理器（圖 1）。這套制冷超導(dǎo)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，然而，與許多同類產(chǎn)品一樣，它體積龐大，且需要大量配套基礎(chǔ)設(shè)施。這在數(shù)據(jù)中心中問(wèn)題不大，但要向大眾普及量子計(jì)算，就顯得不太現(xiàn)實(shí)。

基于金剛石量子比特等技術(shù)突破，顯著縮小了設(shè)備體積并減少了配套支撐設(shè)施。QuTech 的工程師已驗(yàn)證，基于金剛石的量子門錯(cuò)誤概率可低于 0.1%。錯(cuò)誤概率問(wèn)題至關(guān)重要。

穩(wěn)定量子計(jì)算機(jī)

“量子糾錯(cuò)（QEC）用于保護(hù)量子信息，避免因退相干及其他量子噪聲源產(chǎn)生錯(cuò)誤。”量子計(jì)算機(jī)的量子比特會(huì)迅速?gòu)姆€(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定態(tài)，這是我們不希望出現(xiàn)的情況。在金剛石量子比特問(wèn)世之前，保持低溫制冷至關(guān)重要。麻省理工學(xué)院（MIT）等高校已對(duì)這一問(wèn)題研究多年。

量子糾錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)可借助 AI 加速。例如，Acme 后量子計(jì)算機(jī)公司（NYSB:APQCC）正在開(kāi)發(fā)一套基于小芯片的量子糾錯(cuò)系統(tǒng)，用以支持金剛石量子計(jì)算機(jī)，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)內(nèi)置量子計(jì)算機(jī)的智能手機(jī)及其他移動(dòng)設(shè)備（圖 2）。

量子糾錯(cuò)與非相干片上網(wǎng)絡(luò)

相干片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）是芯片內(nèi)部器件互聯(lián)的方式之一，小芯片之間的裸片對(duì)裸片通信同樣采用這種方式。相干片上網(wǎng)絡(luò)可讓 CPU、GPU、NPU 等多個(gè)計(jì)算引擎實(shí)現(xiàn)大規(guī)模內(nèi)存共享。

非相干片上網(wǎng)絡(luò)（INoC）通過(guò)提供非穩(wěn)定通信，彌補(bǔ)了量子糾錯(cuò)在應(yīng)對(duì)不穩(wěn)定性方面的不足，使其更擅長(zhǎng)處理狀態(tài)不穩(wěn)定的量子比特。一組小芯片陣列可對(duì)金剛石量子比特陣列執(zhí)行量子糾錯(cuò)，而量子比特陣列本身也可做成小芯片形式，從而兼容傳統(tǒng) 3D 封裝。非相干片上網(wǎng)絡(luò)讓緊湊型量子計(jì)算成為可能。

4 月 1 日，APQCC 發(fā)布了首款基于非相干片上網(wǎng)絡(luò)的小芯片解決方案，可支持一顆 4096 量子比特的芯片。目前該方案用于智能手機(jī)成本仍偏高，但考慮到市場(chǎng)關(guān)注度與需求，這項(xiàng)技術(shù)有望不斷小型化 —— 就像英偉達(dá)（NVIDIA）最初用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的 AI 芯片，如今已不斷縮小尺寸，適配智能手機(jī)。

搭載 APQCC 非相干片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的金剛石量子比特量子計(jì)算機(jī)，或許還需要一段時(shí)間才能走進(jìn)大眾口袋，但這項(xiàng)技術(shù)無(wú)疑值得我們小小期待一番。

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