光电融合之控光|量子计算:一场围绕未来算力的全球竞赛

来源:南京芯视元 #量子计算#
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今天我们来聊一聊量子计算!

量子计算的全球竞赛,已经悄然打响。这几年,量子计算频频登上各国战略清单:美国通过“国家量子计划”推动量子信息科学发展,欧盟启动总规模约10亿欧元的“量子旗舰计划”,我国也在“十四五”期间将量子信息列为前沿科技和未来产业重点方向。

各国之所以如此重视,是因为量子计算被认为是改变游戏规则的“算力核弹”——谁先做出真正可用的量子计算机,谁就能在医药研发、新材料设计、人工智能乃至国家安全上占得先机。

01 那么,量子计算究竟是什么?

我们不妨打个比方:传统计算机处理信息靠的是“开关”,要么是0,要么是1;

量子计算用的是量子比特,它凭借叠加、纠缠等量子特性,拥有了指数级增长的并行计算能力。


面对传统计算机几年都算不完的问题,它可能几个月甚至几秒钟就能解决。

简单理解,传统计算机像一个人在迷宫里一条路一条路试;量子计算更像能同时探索更多路径,再从中快速筛出更优解。

02 量子计算有什么用?

它不是用来替代普通电脑打游戏、做表格,而是用来解决传统计算机很难处理的复杂问题。比如,它可以帮助模拟分子和材料中的微观行为,辅助新药研发、新材料设计;也可以用于复杂优化,帮助物流、金融、交通等领域寻找更优方案;在密码安全领域,它既可能冲击现有加密体系,也推动后量子密码和量子通信的发展。

03 多种技术路径并行

目前,全球探索出了多条量子计算技术路径:

有在极低温下运行的超导电路,有靠电场和磁场束缚带电粒子的离子阱,有直接用光子承载信息的光量子路线,也有用激光操控单个原子的中性原子路线。

每一条路线都在向工程化和实用化奋力冲刺。

其中,中性原子量子计算近年尤其受到国际关注。

它的基本思路,是用激光把一个个中性原子“夹住”,排成阵列,让这些原子成为量子比特。这个路线的吸引力在于:原子天然高度一致,阵列规模具备扩展潜力,因此被认为是量子计算走向大规模系统的重要方向之一。

但中性原子路线真正难的地方,不只是“有多少原子”,而是能不能把这些原子精准摆好、稳定控制好。

原子不能用手摆,也不能靠机械结构固定。它们的捕获、排列、移动和重构,都依赖高度可控的光场。

也就是说,中性原子量子计算越往大规模发展,越考验系统的精密控光能力。

LCoS-SLM 的价值,正是在这里凸显出来。在中性原子量子计算中,LCoS-SLM不是简单的配套器件,是中性原子量子的关键控光器件。它可以把激光塑造成可编程的光镊阵列,帮助科学家精准捕获、排列和重构原子。哪里需要光点,它就把光点生成在哪里;阵列需要变化,它就重新塑造光场。

在其他路线中,LCoS-SLM 也有一定关联:

在光量子计算中,它可用于制造携带特殊信息的“涡旋光束”;而在离子阱和超导量子计算中,它则作为辅助光学器件,帮忙进行精准的光束定位和调控。

眼下,国内外量子计算探索已经进入加速阶段。

海外方面,谷歌“Sycamore”曾演示量子优越性,后续“Willow”芯片在量子纠错方向取得重要进展;IBM持续推进超导量子路线图,提出面向更大规模容错量子计算系统的规划;在中性原子方向,QuEra、PASQAL、Atom Computing 等企业不断推进原子阵列量子计算系统,哈佛、麻省理工等团队也展示了基于中性原子的逻辑量子比特和纠错探索。

国内方面,中国科大“九章”系列在光量子计算方向持续刷新成果,“祖冲之”系列代表我国超导量子计算的重要进展,“本源悟空”等国产超导量子计算机也推动量子计算从实验室走向开放应用;在中性原子方向,国内科研机构和企业也在原子阵列、光镊控制和量子门操控方面持续布局。

量子计算的竞争,不只是算法竞争,更是系统工程竞争。它需要量子比特、激光、真空、控制系统,也需要像LCoS-SLM 这样的高精度控光器件。

一句话概括:量子计算负责探索未来算力,LCoS-SLM 负责把光变成可编程的量子工具。从北美到欧洲,从中国到日韩,一场围绕量子计算制高点的全球竞速正在上演。而在这场宏大竞赛中,每一项看似微小的光学器件进步,都可能成为转动战局的关键齿轮。

最后,欢迎对LCoS-SLM技术、产品和应用感兴趣的朋友与芯视元交流。

责编: 爱集微
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