全球首个量子微电子园区落户芝加哥

伊利诺伊大学和州政府揭幕了世界上第一个量子和微电子园区。项目负责人声称，该园区位于芝加哥南区，正在吸引像 PsiQuantum 这样的初创公司，该项目由国防高级研究计划局 (DARPA) 牵头，旨在实现量子计算商业化并打造美国国家安全优势。

DARPA 首任项目主管 Harley Johnson 表示，DARPA 将在该园区建立一个试验场，旨在聚集各家公司，帮助在大约六年内开发第一台有用的量子计算机。

Johnson 说：“DARPA 设想了一个相对较短的五六年计划，他们希望在此期间验证能够展示实用规模的量子计算机原型。”

量子实用性是指量子计算机能够以超越传统计算方法的规模执行可靠计算的能力。量子计算机有望解决新问题，帮助发现创新药物和材料，同时还可能进行模拟以开发新武器和破解高度敏感的密码。

DARPA 是美国国防部的研发机构，在军用技术的开发中发挥了重要作用，这些技术也产生了巨大的商业影响。互联网就是其中一个例子。

伊利诺伊州政府已承诺为该园区提供 5 亿美元资金，支持未公开数额的联邦和行业投资。据该园区创始人称，量子园区将在未来十年推动价值 2 万亿美元的市场发展。

总部位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的 PsiQuantum 是该园区的主要租户，其目标是打造世界上第一台实用的量子计算机。

PsiQuantum 首席科学官 Pete Shadbolt 说：“PsiQuantum 将很快在伊利诺伊州建造中型系统。我们希望明年开始在伊利诺伊州建造。它们还不是量子计算机，它们将是包括光子芯片在内的机器零件。”

该公司将利用其在伊利诺伊州的工作来评估更大规模量子计算系统的途径，Shadbolt 预计第一个量子计算系统将在澳大利亚布里斯班的 PsiQuantum 基地建造。

PsiQuantum 与美国和澳大利亚政府以及贝莱德、Bailley Gifford 和淡马锡等国际投资者建立了合作伙伴关系。

“在澳大利亚方面，我们有 10 亿澳元（约 6.74 亿美元）的资金，”他说。“在伊利诺伊州，整个园区有 5 亿美元的相关资金。PsiQuantum 是主要租户。我们预计会有其他租户和组织在该园区工作。”

无论量子计算使用超导量子比特还是少数竞争技术，它们都仍然依赖于低温技术。这是芝加哥园区基础设施的一部分。

“我认为这是世界上第一次将粒子加速器中的大规模低温技术与量子计算结合在一起，”Johnson 说。“这是一个真正能够扩大规模的机会。而这正是 DARPA 计划的真正目的：尽快推进，证明一种能够产生市场影响的实用级量子计算的工程途径。”

Shadbolt 补充说，芝加哥拥有完善的量子生态系统，包括费米国家实验室和阿贡国家实验室。

“这些都是美国先进技术和大型工程的巨大历史标志，”他说。“就像在澳大利亚一样，当我们建造第一个系统时，我们在伊利诺伊州发现了一个非常令人鼓舞的环境。”

GlobalFoundries 合作伙伴关系

PsiQuantum 通过与位于纽约马耳他的 GlobalFoundries 合作生产了关键的光子芯片。

“我们非常喜欢光子学带来的规模优势，”Shadbolt 说道。“我们可以在商业半导体代工厂制造数百万台设备。我们的方法是尽可能地适应半导体行业现有的限制。这就是我们在 GlobalFoundries 所做的事情。它主要是标准的 45 纳米氮化硅光子学工艺。”

PsiQuantum 已经在马耳他工厂开发了工艺技术。

“我们已将超导材料引入 GlobalFoundries，以便制造单光子探测器，”Shadbolt 说道。“我们大概在五年前就这么做了，我们制作了数千片集成光子学晶片，晶片内部装有超导探测器，采用单片集成。我们已经制造了数以百万计的探测器。”

同时，PsiQuantum 在 GlobalFoundries 生产线上安装了新工具。

“我们在那里的洁净室工作，我们之间的关系非常密切，”Shadbolt 说。“我认为，这就是我们在光子学性能和集成方面突破极限的地方。”

虽然 PsiQuantum 在光子学领域占据了一席之地，但谷歌和 IBM 等其他公司则喜欢超导量子比特，而英特尔则支持量子点。

“我们喜欢光子，”Shadbolt 说。“如果你回顾实验量子物理和量子信息的历史，你会发现很多早期的量子比特、叠加和纠缠等演示都是用光子完成的。”

伊利诺伊州量子信息科学与技术中心主任 Brian DeMarco 表示，量子计算的硬件平台仍然不确定。

“这可能需要多个平台，”DeMarco 说。“我们正处于一个类似于计算机早期的时代，当时有不同类型的技术在发挥作用，我们不知道其中哪一种技术会最终应用于有用的设备。”

他补充说，实现公用事业规模化的部分工作将通过 DARPA 计划在园区内进行。

“这就是我们称之为试验场的原因，用一个小型原型来验证一种可以提供所需所有功能的方法，然后投入资金进行工程开发，使其真正规模化，”DeMarco 说。

量子竞赛

美国的目标是在量子计算领域占据领先地位，以获得商业和军事优势。中国是美国在这个新开放领域的主要竞争对手之一。DeMarco 表示，关键的量子技术包括计算、网络和传感。

量子网络以量子比特的形式在物理上分离的量子处理器之间传输信息。量子传感利用纠缠和单光子进行极其精确的测量。

DeMarco 补充道，在量子计算领域，美国在研究型大学和私营部门“远远领先于”世界其他国家。

“我认为我们在量子传感方面有点落后，”他说。“我认为我们需要在这方面加大投资。这实际上是一项现在很有用的技术。”

他补充说，中国在量子网络方面投入了巨额资金。

“你可以看到他们的量子网络地图，它覆盖了全国很大一部分地区，”他说。“我们在这个国家的量子网络方面取得了长足进步，但我认为那里也需要更多的投资和关注。”