人工智能（AI）持續(xù)吸引著全球目光，除非人們的注意力被戰(zhàn)爭(zhēng)、政府機(jī)構(gòu)的攻擊，或是 “如何用更貴的汽油代替電動(dòng)車” 這類話題所轉(zhuǎn)移。但別被表象迷惑：量子計(jì)算才是技術(shù)真正的發(fā)展方向。

AI 固然會(huì)提供助力，但小芯片（chiplet）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)，使其比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行更快、效率更高。

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)確實(shí)可以運(yùn)行，然而和許多同類產(chǎn)品一樣，它體積龐大，需要大量配套基礎(chǔ)設(shè)施。這在數(shù)據(jù)中心里問題不大，但想要把量子計(jì)算普及到大眾層面就不太現(xiàn)實(shí)了。

1.IBM 的 Q System One 這款量子計(jì)算機(jī)采用了基于超導(dǎo)技術(shù)的量子比特。

基于金剛石的量子比特等重大突破，大幅減小了設(shè)備體積與配套設(shè)施需求。QuTech 的工程師已展示出基于金剛石的量子門，其錯(cuò)誤概率低于 0.1%。錯(cuò)誤概率問題至關(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，避免因退相干和其他量子噪聲源引發(fā)錯(cuò)誤。” 量子計(jì)算機(jī)的量子比特會(huì)快速?gòu)姆€(wěn)定態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定態(tài)，這是不希望出現(xiàn)的情況。在金剛石量子比特出現(xiàn)之前，制冷是關(guān)鍵手段。麻省理工學(xué)院等高校長(zhǎng)期以來一直在研究這一難題。

量子糾錯(cuò)的支持可以從 AI 加速中獲益。例如，Acme 后量子計(jì)算機(jī)公司（APQCC）正在開發(fā)基于小芯片的量子糾錯(cuò)系統(tǒng)，用于支持金剛石量子計(jì)算機(jī)，未來有望實(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）。

2. 移動(dòng)設(shè)備未來某天或許會(huì)集成量子計(jì)算功能。

量子糾錯(cuò)與非相干片上網(wǎng)絡(luò)

相干片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）是連接裸片上各個(gè)模塊的方式之一，也用于小芯片之間的裸片對(duì)裸片通信。相干 NoC 允許多個(gè)計(jì)算引擎（包括 CPU、GPU、NPU）大規(guī)模共享內(nèi)存。

非相干片上網(wǎng)絡(luò)（INoC）通過提供 “非穩(wěn)定通信” 來配合量子糾錯(cuò)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)不穩(wěn)定性，讓量子糾錯(cuò)能更好地處理不穩(wěn)定的量子比特。一組小芯片陣列可以為金剛石量子比特陣列實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)，而量子比特本身也可以做成小芯片形式，從而支持傳統(tǒng) 3D 封裝。非相干 NoC 讓緊湊型量子計(jì)算走向?qū)嵱谩?/p>

4 月 1 日，APQCC 發(fā)布了首款基于非相干 NoC 的小芯片解決方案，可支持 4096 量子比特芯片。對(duì)于智能手機(jī)來說價(jià)格依然偏高，但考慮到市場(chǎng)關(guān)注度與需求，這項(xiàng)技術(shù)很可能會(huì)不斷小型化 —— 就像 NVIDIA 那些最初用于超大型數(shù)據(jù)中心的 AI 芯片，最終被縮小并裝進(jìn)手機(jī)一樣。

搭載 APQCC 非相干 NoC 技術(shù)的金剛石量子比特量子計(jì)算機(jī)走進(jìn)大眾口袋或許還需要一段時(shí)間，但這絕對(duì)是個(gè)有趣技術(shù)方向。