中国首颗！500+比特超导量子计算芯片交付

国产芯片研发再破关卡！据国盾量子4月25日消息，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院（以下简称“量子创新院”）向该公司交付了一款504比特超导量子计算芯片“骁鸿”。

1、“骁鸿”问世！

据了解，测控系统和量子计算芯片是量子计算机不可或缺的核心硬件组件。其中，测控系统通过与量子计算芯片的精密交互，确保信号的准确生成、传输和处理，从而深刻影响着量子计算机的整体性能。为了全面验证大规模测控系统的各项性能指标，量子创新院特别定制研发了这款504比特的“骁鸿”量子计算芯片。

“骁鸿”量子芯片一经发布，便引起业界广泛关注。据悉，此次发布的“骁鸿”芯片在集成超过500比特的同时，量子比特的寿命、门保真度、门深度、读取保真度等关键指标，有望达到IBM等国际主流量子计算云平台的芯片性能。

据介绍，本次发布的“骁鸿”芯片，将用于国盾量子千比特超导量子计算测控系统——ez-Q Engine 2.0的实测，进行单比特门、双比特门、读取操作及测控系统性能测试，测试工作预计在今年8月前完成。值得一提的是，新测控系统在集成度上较上一代产品提升了10倍以上，且核心元器件采用了国产化设计，这不仅提高了操控精度，还大幅降低了成本。

该芯片刷新了国内超导量子比特数量的纪录。不过，“骁鸿”芯片主要考虑通过集成更多的比特数和实现各单项指标，综合性能与量子创新院团队此前创造量子纠缠数世界纪录的“祖冲之二号”芯片尚有差距，不具备实现“量子计算优越性”的能力。

后续，“骁鸿”将用于验证国盾量子自主研制的千比特测控系统，并计划通过“国盾量子计算云平台”、中电信量子集团“天衍”量子计算云平台，向全球开放。

2、超导量子计算机“大脑”

目前，超导量子计算是业界公认的量子计算技术路线，也是量子计算机的一种，但运算速度更快。从产业链环节来讲，超导量子计算技术体系中，包含硬件、芯片、操作系统3个关键点。

其中，超导量子芯片被称为超导量子计算机的“大脑”，能够以极高的效率执行超复杂的计算任务。另外一个重要的系统，即测控系统，被看作是量子世界的指挥官，负责精确操控和测量微小的量子比特。

公开资料显示，超导量子芯片，是一种基于超导材料制成的量子计算设备。与传统芯片不同，这是一种基于量子力学原理运行，利用量子叠加和量子纠缠等现象，采用量子比特（qubit）作为信息存储和处理单元，从而实现量子计算的芯片。

值得关注的是，量子计算优于经典计算，关键就在于量子比特可以在0和1之间的现行组合中存在，处于叠加态，也就使得在同一时间内，量子比特可以同时表示多个状态。这使得量子计算在并行处理和搜索问题时具备优势。

从生产难点角度上看，超导量子芯片除了一般芯片的难点之外，还需要考虑多个方面的挑战，比如量子芯片设计比传统计算机芯片更为复杂，材料选择和制造工艺上也有所限制，量子比特一致性及稳定性难以控制，以及测量和控制技术需要跟上新技术的变化，提高量子芯片的性能和可靠性。

其中，该类芯片需要用到的是高质量的超导材料，如铝、铜、铌等。超导材料的特性在于当温度降至某一临界温度以下时，电阻为零，电流可以无损耗地流动。利用这一特性，超导量子芯片实现了量子比特的高效操作和稳定存储。

此外，关于国际上超导材料的动态：据了解，2023年3月美国物理学会上来自罗切斯特大学的科学家迪亚斯宣布发现室温超导材料；同年7月，韩国的科研团队发表论文表示，其在实验室里实现了室温超导，在室温条件下，能实现电阻为零。零电阻意味着不会发热，形成的磁场也就特别稳定。

3、国产超导量子计算屡获突破

近年，超导量子计算得到了很大的发展，中国先后构建了62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”和66比特的“祖冲之二号”，在超导量子体系实现“量子计算优越性”。除了上述“骁鸿”超导量子计算芯片的发布，国产超导量子计算已多次冲破关卡。

2023年11月，中国深圳企业量旋科技（SpinQ）成功将自主研发、设计、封装、测试的超导量子芯片交付给了中东的科研机构。据悉，2023年4月，量旋科技对外发布了超导量子芯片“量旋少微”，该芯片是全球为数不多标准化、量产型的超导量子芯片产品。

根据介绍，在完整的超导量子芯片生产线保障之下，“量旋少微”的退相干时间T1，达到了业内领先的10~100微秒，更长的T1可以保证更多的门操作，也能提高逻辑门保真度的上限。此外，“量旋少微”能够执行数十纳秒量级的单双比特门操作，并且能够实现99.9%以上的单比特门保真度和98%以上的双比特门保真度。

2024年1月，量子计算芯片安徽省重点实验室、安徽省量子计算工程研究中心联合发布了中国第三代自主超导量子芯片——“悟空芯”(夸父 KF C72-300)。该芯片采用了72个计算量子比特的设计方案，还包含126个耦合器量子比特，共有198个量子比特，其实际运行状态下的比特弛豫时间T1≥15.3μs，退相干时间 T2≥2.25μs。与前两代量子芯片相比，第三代超导量子芯片具有更高的相干时间，性能上有显著提升。

该超导量子芯片已在中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上运行，能够实现量子叠加和纠缠等特性。量子计算芯片安徽省重点实验室副主任贾志龙表示，“悟空芯”以及“本源悟空”量子计算机的发布，意味着中国超导量子计算机制造能力从小规模开始进入中等规模阶段，具备了自主生产一定中等规模可扩展的量子计算机芯片和系统的能力。

2月下旬，安徽省量子信息工程技术研究中心及科大国盾量子技术股份有限公司联合发布消息，国产稀释制冷机ez-QFridge在交付客户后完成性能测试。

结果显示，该设备实际运行指标达同类产品国际主流水平，成为国内首款可商用可量产的超导量子计算机用稀释制冷机。稀释制冷机是构建超导量子计算机的关键核心设备，可为超导量子计算芯片提供接近绝对零度的超低温环境。