當地時間 2 月 26 日，美國加州量子初創公司 PsiQuantum 發佈一款專爲實用規模量子計算打造的量子光子芯片組，該芯片組的名字叫做 Omega。同日，相關論文發表在 Nature 上。該公司表示基於 Omega 芯片組，其將力爭在 2027 年實現商業量子計算機。
（來源：PsiQuantum）
PsiQuantum 公司在上述 Nature 論文中展示了高保真度的量子比特操作，並展示了一種長距離芯片間的量子比特互聯。基於 Omega 芯片組，PsiQuantum 公司在距離長達 250 米的情況下實現了高保真度的量子互聯。
通過克服芯片背景噪聲和低溫操作，PsiQuantum 公司實現了相對不錯的電路性能。測量結果顯示：單量子比特態製備和測量的保真度達到 99.98%，雙光子量子干涉可見度達到 99.5%，芯片間量子互聯的保真度達到 99.72%。
“硬件的可製造性和連通性是我們產品的獨特亮點，”該公司的 CTO 兼聯合創始人馬克·湯普森（Mark Thompson）教授說道，“我們的技術是在一個通常爲手機和筆記本電腦生產芯片的大規模半導體制造廠中進行生產的，如今這個製造廠生產出了世界上性能最高的光子量子比特。我們可以使用常規光纖無縫連接芯片，這使我們能夠快速擴大系統的規模，從而打造出真正強大的量子計算機。”
（來源：PsiQuantum）
據瞭解，Omega 芯片組由 PsiQuantum 公司設計，並由美國格芯公司製造，其採用格芯公司的 45nm 工藝，實現了與標準半導體相匹配的製造良率。
PsiQuantum 公司的方法基於使用單光子——即光的粒子，然後利用原本是爲電信和數據中心網絡應用而開發的硅光子芯片技術，來針對這些單光子進行操控。
Omega 芯片組基於融合的量子計算支持容錯協議，該協議能夠容忍從光子發射到檢測過程中大約 10% 的累積光學損耗，融合網絡中每個量子比特的誤差大約爲 1%。
對於此前已有方法而言，人們很難用其實現芯片間的互聯。而光子量子計算機所具備的優勢在於：光子量子比特能夠利用標準電信光纖進行聯網，無需在不同模式之間進行轉換。
在製備 Omega 芯片組時，PsiQuantum 公司針對一組基於單片集成硅光子學的模塊進行基準測試。據該公司介紹，這些模塊能夠用於產生、操控、聯網以及探測先導光子量子比特。
同時，其還通過干涉測量法針對光子進行操控，以及通過調節光子特性來控制不需要的光。
另外，PsiQuantum 公司也展示了完全集成的電路，這些電路能夠實現光子量子比特的高可見度干涉、分發和測量功能，所有功能的誤差水平均在百分之一以下。
其所使用的組件，在佈局上具有高度的可配置性，這使得該系統能夠適用於不同類型的量子計算機架構、不同的量子技術應用以及不同光子技術。通過利用光纖該系統能以極低的損耗實現芯片連接，因此該系統在大量光子芯片上具備較好的技術可擴展性，並能實現不同系統之間的聯網或連接。
要想真正地實現量子應用，PsiQuantum 公司認爲必須將性能提升到遠超此前最高水平。爲此，它在生產中引入了新材料，包括使用用於高效單光子探測的超導材料，以及使用由該公司自研自產的鈦酸鋇（BTO，Barium Titanate）材料。
其中，鈦酸鋇材料能夠用於低損耗的高速光開關。通過使用新材料、新設計和新工藝，PsiQuantum 公司實現了先導光子源和超導單光子探測器的量產。
在 Nature 論文中，PsiQuantum 公司還預先展示了一些其他技術。比如，其展示了能夠用於解決損耗問題的低損耗氮化硅波導及元件，也展示了對於製造工藝容忍度較高的單光子源的光子數分辨探測器，還展示了低損耗的芯片-光纖耦合技術。
（來源：Nature）
集畢生之力，打造真正有用的量子計算機
二十多年前，PsiQuantum 公司的創始團隊在澳大利亞布里斯班首次進行利用單光子實現雙量子比特邏輯門的實驗室演示，藉此發明了集成量子光子學和“融合型”量子計算技術，並於 2013 年通過雲平臺提供了量子處理器原型。自那時起，該團隊致力於實現構建高性能的規模化百萬量子比特級系統。
在 Omega 芯片組面世以前，PsiQuantum 公司還提出過一種全新的量子計算機冷卻方案，在這一方案中它摒棄了標誌性的“吊燈式”稀釋製冷機，轉而採用一種更簡單、更強大且更易於製造的箱式設計。
對於這種設計方案來說，它與數據中心的服務器機架更爲接近。目前，這種方法已經在 PsiQuantum 公司的英國工廠投入使用。憑藉這些進展，該公司已經掌握了製造和冷卻大量量子芯片的技術。
PsiQuantum 公司的 CEO 兼聯合創始人傑裏米·奧布萊恩（Jeremy O’Brien）教授說：“25 年來，我一直堅信，爲了能在有生之年打造一臺有用的量子計算機，我們必須找到一種方法，充分利用半導體行業無與倫比的能力。這篇論文證實了我的這一信念。”
首席科學官兼聯合創始人皮特·沙德博爾特（Pete Shadbolt）則在該公司的技術博文中表示：“Omega 芯片組所實現的成就，讓我們研究的意義已經超越了一個科學項目的範疇，在我們創立 PsiQuantum 公司之前，我和我的聯合創始人在大學實驗室裏擺弄幾個量子比特，但我們當時就知道我們所使用的平臺存在嚴重不足，我們非常明白我們需要數百萬個量子比特，並且知道這意味着要讓成熟的晶圓廠，將原本不太可能組合在一起的組件集成到一個平臺上，同時要攀登在當時看起來幾乎不可能達到的性能曲線。看到團隊執行十年前的那些計劃時真是令人驚歎，現在我們手中擁有了將用於構建首個具有商業用途的系統的技術，這非常令人興奮。”
（來源：PsiQuantum）
四位聯合創始人均曾在英國工作，公司估值已達 31.5 億美元
據瞭解，PsiQuantum 公司曾告訴媒體，其在 2023 年的估值已經達到 31.5 億美元。與此同時，該公司一共擁有四位聯合創始人，他們幾乎全部是學者身份出身。
（來源：PsiQuantum）
傑里米·奧布萊恩（Jeremy O’Brien）教授是 CEO 兼聯合創始人。在創業之前，他曾在美國斯坦福大學和英國布里斯托爾大學任教。目前，其 h 指數爲 90，截至發稿其論文已被引用 44662 次。
特里·魯道夫（Terry Rudolph）是總架構師兼聯合創始人。此前，他在英國帝國理工學院擔任教授。在 2004 年-2015 年期間，他寫了四篇學術論文，藉此建立了光子量子計算的理論方法，構成了進一步發展當前量子體系結構的基礎。
皮特·沙德博爾特（Pete Shadbolt）博士是首席科學官兼聯合創始人，其博士畢業於英國布里斯托爾大學，讀博期間他基於量子處理器演示了第一個變分量子特徵解決器和第一個公共應用程序接口（API，Application Programming Interface）。
馬克·湯普森（Mark Thompson）教授是 CTO 兼聯合創始人。此前，他曾先後在東芝公司、英國劍橋大學和英國布里斯托爾大學任職。
（來源：PsiQuantum）
綜合來看，本次 Omega 芯片組的成功打造以及相關 Nature 論文的發表，標誌着該公司迎來了里程碑的進展。
但是，PsiQuantum 公司表示仍然需要針對 Omega 芯片組進行改進。比如，要進一步減少 SiN 材料和組件損失，要提高濾波器性能和提高探測器效率，以便推動整體光子損失和保真度進步。
此外，其還將力爭實現低損耗的 N×M 快速開關以便構建多路複用光子源，以及將實現超高損耗芯片- 光纖邊緣連接的重複對準和封裝。
同時，其也將提高光子設計的精準度和穩健性，儘量減少通過加熱器進行調諧和微調的需求，從而進一步降低低溫環境下的熱負荷。
與此同時，PsiQuantum 公司目前的重點是將 Omega 芯片組通過機架間的連線連接起來，從而構建規模日益龐大的多芯片系統。眼下，該公司正通過與美國能源部合作來推進此項工作。
另據悉，PsiQuantum 公司將於 2025 年在澳大利亞布里斯班和美國芝加哥兩地，分別破土動工兩個量子計算中心。通過這兩個量子計算中心，其計劃部署第一個實用規模的百萬量子比特系統，並建造該公司第一臺公用事業規模的量子計算機。
參考資料：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08820-7
https://www.reuters.com/technology/startup-psiquantum-says-it-is-making-millions-quantum-computing-chips-2025-02-26/
https://www.psiquantum.com/about
運營/排版：何晨龍
