百家号|量子前哨：100万量子比特，PsiQuantum要怎样实现？( 二 ) (图片来源：HPCWire)PsiQuantum由布

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(图片来源：HPC Wire)
融合架构落地容错量子计算
从广义上讲， PsiQuantum 采用了一种线性光学量子计算形式，其中单个光子被用作量子比特。在过去的一年半里，以前一直处于隐身模式的 PsiQuantum 发表了几篇描述这种方法的论文，同时保留了许多研究细节(论文列在文章末尾) 。
整个计算流程是生成单个光子并将它们纠缠在一起， PsiQuantum 对光子使用双轨纠缠/编码。纠缠的光子就是量子比特，它们被 PsiQuantum 定义并分组为资源态，融合测量(见下文)充当门。 Shadbolt 说，这些操作可以映射到标准门集，以实现通用的容错量子计算。
然后在片上组件上执行该过程。这听起来很奇特，部分原因是它不同于更广泛使用的基于物质研究的量子比特技术。下图取自大约一年前发布的 PsiQuantum 论文——基于量子计算的融合架构——大致描述了该过程。

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想要深入研究细节最好阅读论文，该公司已在其网站上存档了探索该方法的视频。 Shadbolt 还简要描述了量子计算的融合架构(FBQC) 。
一旦有了单光子，你就需要构建我们所说的‘种子态’ 。它是非常小的纠缠态，可以使用线性光学二次构建。因此，您可以获取一些单光子并将它们发送到干涉仪中，通过单光子检测，可以概率性地生成小的纠缠态。然后再次对它们进行多路复用，基本任务是尽可能快地获得足够大、足够复杂、结构适当的资源态，然后由融合网络对其进行操作，这一过程中如果你不想让光子长时间存活，就需要尽可能快的‘杀死’光子。
PsiQuantum利用时分复用的思路，构建了光纤内存这一重要模块。如果我们用时分复用的方式，每1ns有一个光子进入光纤，那么1公里的光纤内存可以暂态存储超过5000个光子。
低损耗光纤是光量子计算架构中负责提供大容量量子内存的核心部件。简单来说一个光子在低损耗光纤里传输1公里，仍旧有超过95%的概率几个毫秒后从光纤的另一端出来，这样的损耗率可以用容错FBQC来解决。
通过结合RSG、融合设备和光纤内存的架构设计，就可以实现具备容错量子计算的数千个物理量子比特的计算能力。另一方面，把多个RSG连接成网络就可以实现完整的通用逻辑门计算。同样的规模在静态量子比特中，比如超导量子比特，需要每个RSG有5000个物理量子比特作为数据存储才能实现。
Shadbolt 说道：融合操作是机器中最小且最简单的部分，而多路复用单光子源是最大、最昂贵的部分，中间件的所有部分都是我们构建系统的秘诀。其中一些我们已经在论文中提到，你可以了解它的工作原理。 (注：PsiQuantum 系统的另一种简短描述在文章结尾处提供。 )
PsiQuantum 说， FBQC 的一个重要优势是在浅层光路中更容易纠错。可以推动计算的小纠缠态我们称为‘资源态’ ，重要的是，资源态的大小与使用的码距或正在执行的计算无关，它们可以由恒定数量的量子比特数操作生成。由于资源态要在创建后立即进行测量，所以操作的总层度也恒定。因此，资源态中的错误是有界的，这点对于容错研究非常重要。
PsiQuantum 的 FBQC 设计与更熟悉的MBQC(基于测量的量子计算)范式之间的一些差异如下所示。

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另一个优势是操作环境。
光子本身不需要低温操作。你可以在室温下进行非常高保真度的操作和生成量子比特，事实上，你甚至可以在室温下很好地检测单个光子。然而，室温单光子探测器的效率不足以实现容错。这些室温探测器是基于相当复杂的半导体器件、雪崩光电二极管研究，现在还在寻找各种物理原理来将它们提高到必要的效率，但真的很难，因为人们已经尝试了很长时间，Shadbolt 说道。
而我们使用超导单光子探测器，无需大量开发即可实现必要的效率。值得注意的是，这些探测器可在 4 开尔文的范围内运行。虽然液氦温度要求仍然非常低，但远不及超导量子比特或其他技术路线所需的毫开尔文温度。