非相干片上網絡：讓量子計算機裝進口袋!

本文你將學到：

• 量子計算機為何需要監控才能正常運行。

• 為何采用片上網絡（NoC）小芯片架構？

• 基于金剛石的量子計算機如何不再需要低溫量子比特。

在人們沒有被戰爭、政府機構襲擊事件，或是“如何改用更昂貴的汽油而非電動車” 這類話題分散注意力時，人工智能（AI）持續吸引著全球目光。但別被表象迷惑，量子計算機才是科技發展的未來方向。

盡管 AI 將發揮助力作用，但小芯片架構的進步，最終將讓 AI 能夠監控并穩定量子計算機，使其運行速度與效率遠超傳統計算機。

金剛石量子計算

IBM 的 Q System One 是一款 20 量子比特的傳輸子量子處理器（圖 1）。這套制冷超導系統能夠正常運行，然而，與許多同類產品一樣，它體積龐大，且需要大量配套基礎設施。這在數據中心中問題不大，但要向大眾普及量子計算，就顯得不太現實。

基于金剛石量子比特等技術突破，顯著縮小了設備體積并減少了配套支撐設施。QuTech 的工程師已驗證，基于金剛石的量子門錯誤概率可低于 0.1%。錯誤概率問題至關重要。

穩定量子計算機

“量子糾錯（QEC）用于保護量子信息，避免因退相干及其他量子噪聲源產生錯誤。”量子計算機的量子比特會迅速從穩定態轉變為不穩定態，這是我們不希望出現的情況。在金剛石量子比特問世之前，保持低溫制冷至關重要。麻省理工學院（MIT）等高校已對這一問題研究多年。

量子糾錯的實現可借助 AI 加速。例如，Acme 后量子計算機公司（NYSB:APQCC）正在開發一套基于小芯片的量子糾錯系統，用以支持金剛石量子計算機，未來有望實現內置量子計算機的智能手機及其他移動設備（圖 2）。

量子糾錯與非相干片上網絡

相干片上網絡（NoC）是芯片內部器件互聯的方式之一，小芯片之間的裸片對裸片通信同樣采用這種方式。相干片上網絡可讓 CPU、GPU、NPU 等多個計算引擎實現大規模內存共享。

非相干片上網絡（INoC）通過提供非穩定通信，彌補了量子糾錯在應對不穩定性方面的不足，使其更擅長處理狀態不穩定的量子比特。一組小芯片陣列可對金剛石量子比特陣列執行量子糾錯，而量子比特陣列本身也可做成小芯片形式，從而兼容傳統 3D 封裝。非相干片上網絡讓緊湊型量子計算成為可能。

4 月 1 日，APQCC 發布了首款基于非相干片上網絡的小芯片解決方案，可支持一顆 4096 量子比特的芯片。目前該方案用于智能手機成本仍偏高，但考慮到市場關注度與需求，這項技術有望不斷小型化 —— 就像英偉達（NVIDIA）最初用于超大規模數據中心的 AI 芯片，如今已不斷縮小尺寸，適配智能手機。

搭載 APQCC 非相干片上網絡技術的金剛石量子比特量子計算機，或許還需要一段時間才能走進大眾口袋，但這項技術無疑值得我們小小期待一番。

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