富士通与理研推出256超导量子比特计算机

近日，富士通和理化学研究所联合开发了一款世界领先的256量子比特的超导量子计算机。

新开发的256量子比特超导量子计算机

这款新的量子计算机建立在2023年10月推出的64量子比特迭代的先进技术之上，并采用了新开发的高密度实现技术，较上一代64量子比特项目规模扩展四倍。这标志着超导量子计算机向实际应用又迈出了重要一步。

目前，两家公司都将256量子比特超导量子计算机集成到其混合量子计算系列平台中，并从2025财年第一季度开始向全球公司和研究机构提供。该平台从64个量子比特扩展到256个量子比特，使用户能够应对更复杂的挑战，包括分析更大的分子以及实施和演示复杂的纠错算法。

富士通和理化学研究所的256量子比特超导量子计算机克服了一些关键的技术挑战，包括通过结合高密度实现和尖端热设计来实现稀释制冷机内的适当冷却。

可扩展的3D连接结构

• 通过在3D配置中排列4量子比特单元，实现量子比特计数的高效扩展，而无需复杂的重新设计；

• 256量子比特计算机采用与其前身64量子比特相同的晶胞设计，有效地展示了这种架构方法的可扩展性；

高达256个量子比特的3D连接和可扩展性

用于3D连接结构的256量子比特芯片和样品包

稀释制冷机内的实施密度增加了四倍

• 在稀释制冷箱内实现了四倍的实现密度，使256量子比特计算机能够在与64量子比特系统相同的冷却单元内运行；

• 高度优化的设计，在保持必要的超高真空和极低温度的同时，仔细平衡控制电路产生的热量与冰箱的冷却能力；

超导量子计算机内部

富士通与理化学研究所的合作最早可以追溯到2021年，双方共同设立理化学研究所 RQC-富士通合作中心，聚焦超导量子计算机的核心技术研发，包括量子比特设计、低温控制和算法优化。

2023年，日本在短短的一年里连续推出三台量子计算机，这当中少不了富士通与理化学研究所的助力。其中，2023年3月底由理化学研究所牵头开发出日本国产的第一号量子计算机；紧接着10月富士通公司公布了第2号量子计算机；11月由大阪大学开发了第3号量子计算机。

在理化学研究所牵头的国产1号量子计算机中，富士通既参与了硬件（量子计算机的核心部件）的开发，也参与了软件的开发。富士通还是超级计算机“富岳”的制造商，拥有数字量子煺火的技术，在软硬件两方面都有厚实的积累。当1号机完成以后，富士通联合理化学研究所开发2号机。

1号机与2号机在硬件结构上采用了相同的布线方式，都是64量子比特。而两者之间最大的不同，就是用超算与量子计算混合仿真器开发量子计算算法。这一做法既可以为将来的大规模量子计算机设计算法，又可以在现有的条件下进行限定用途的量子计算。

大阪大学推出的国产3号量子计算机主攻方向是量子纠错算法。早在2021年10月，富士通就与大阪大学合作，在大阪大学的“量子情报与量子生命研究中心”里开设了“富士通量子计算共同研究部门”，专门研究量子容错与纠错算法。2023年3月份双方共同研究开发出一种算法，使得在中等规模（一万物理量子比特）的环境下实现高精度量子纠错成为可能。同时，双方合作开发新的量子计算软件结构，将物理量子比特向逻辑量子比特转换时产生的干扰大幅降低。

经过多年努力，量子计算机终于不再被称为高级玩具，而是向着实用化发展。未来富士通将致力于从硬件和软件的角度加速量子计算机的实际应用。通过其混合量子计算平台，富士通将为在金融和药物研发等各个领域进行联合研究的全球公司和研究机构提供更大规模的量子计算机。

富士通和理化学研究所将继续研发工作，以推出 1000 量子比特计算机，该计算机计划于2026年安装在富士通科技园的新大楼中。此外，两家公司将把合作中心的安装期限从2025年3月延长至2029年3月，并将继续致力于技术的长期研发，以实现更大的超导量子计算机。