Xanadu Hardware首席技术官扎卡里·弗农（Zachary Vernon）指出他强调，硅光子学是实现可在室温下运行的容错量子计算机的最快途径，对量子计算机的发展具有深远的影响，为构建更稳定、更可靠、更高效的量子计算提供了重要的支持和可能性硅光子学是在CMOS平台上制造集成光子学的技术，在过去两年中已成为一个流行语，因为该技术有望为数据中心提供更快、更安全、更高效的解决方案，以应对人工智能日益增长的传输需求的压力。 然而，硅光子学的潜力并不局限于传统的计算和通信。 xanadu是一家量子计算公司，成立于2016年，总部位于加拿大多伦多。 该公司正在构建基于硅光子芯片的容错计算机。 Xanadu认为，使用光子作为量子比特，硅光子学将是通向可在室温下运行的容错量子计算机的最快途径。 Xanadu Hardware首席技术官Zachary Vernon在去年11月出席由全球半导体联盟主办的2023年亚太高级别论坛时，向DigiTimes Asia谈到了光子学为量子计算带来的机遇。 
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实现容错的竞赛
目前，已经开发了几种基于不同原理的量子计算机，包括超导量子比特、量子点、离子阱和光子。 “不同类型的量子计算机之间的区别在于使用不同类型的硬件，”弗农指出。 目前，它们之间存在着激烈的竞争，不同类型的量子计算机适合解决不同的问题，但都处于原型阶段，无法商业化应用。 理想情况下，如果所有构建量子计算机的方法都成功，那么它们应该是等效的，并且能够解决相同的问题。 “为了构建更可靠、更稳定的量子计算机，我们需要具有容错性和纠错能力。 在实现容错方面，可伸缩性和性能都很重要。 这意味着在量子计算机中，需要大量的量子比特来编码和纠正错误，并且这些量子比特需要具有高性能。 目前，光子学被认为是实现这一目标和扩大规模的最快方法。 ”
光子学使得使用光纤以不同的方式将不同的芯片联网成为可能，这提供了比超导方法更好的连接性。 “由于光子学提供了更好的连接性，这意味着一些量子编码技术，特别是量子低密度奇偶校验（LDPC）纠错编码，可以更好地设计和实现，以提高可靠性和准确性，”弗农说。 事实上，光子学是实现这种能力的唯一途径。 由于其他方法在量子比特之间的连接方面受到限制，因此光子学可以使用光纤将量子计算机或网络中的量子比特路由和传输到所需的位置或节点，从而可以更有效地传输和处理量子信息。 这种能力对于构建大规模量子计算机至关重要，因为它允许量子比特以更高效、更灵活的方式进行通信和交换，从而更好地支持量子计算机的计算和功能。 随着量子比特数量的增加，光子学在量子计算中的重要性也在增加。 为了利用光子学，量子计算机可能需要数百万个量子比特。 Xanadu能够利用更好的LDPC技术，并访问比竞争方法多10到100倍的逻辑量子比特，这使其在量子计算方面具有更大的潜在优势。 Vernon强调：“我们认为任何从事硅光子学制造的人都应该密切关注量子计算行业。 ”
光子学将是最快的扩展方式
根据 Xanadu** 的说法，一旦实现容错并开始扩大规模，每年增加数百个逻辑量子比特，仅 Xanadu 每年就需要数十万个 300 毫米晶圆。 因为量子计算机就像一个数据中心，实际上需要数千或数百万个芯片来构建。 这是一个重要的市场机会，量子计算机所需的硅光子学晶圆的产量将与目前在几年内生产的硅光子学晶圆的产量进行比较。 “在未来几年，Xanadu希望具有容错能力，并扩展到1000个纠错逻辑量子比特，”Vernon说。 这看起来像一个拥有大约 10,000 个机架的数据中心。 目前，该公司的重点是开发提供部署在云中的容错计算机所需的硬件。 “从长远来看，硅光子学技术的使用有可能在靠近边缘终端的地方部署量子计算机。 "原则上，使用光子学的量子计算机可以放置在消费类设备中。 "扎卡里·弗农（Zachary Vernon）解释道"尽管需要开发某些技术，但原则上存在这种能力，因为它们都可以在室温下工作。 但是否真的可行，还需要更多的时间来研究。 “从市场的角度来看，Xanadu用于编程量子计算机的软件库Pennylane是该公司的主要产品。 该产品是与 NVIDIA 和 Amazon Web Services 合作开发的。 “Pennylane 是用于开发量子计算机算法的领先软件 API 之一，”Zachary Vernon 评论道，“它最初专注于机器学习应用：量子机器学习，并围绕它开发了一个社区，在算法开发市场中占有相当大的一部分。 Xanadu的首席技术官还强调了Pennylane与硬件无关的本质：它不仅限于光子量子计算机或Xanadu的硬件，它可以在不同的平台上使用。 目前，Xanadu已经与几家硬件供应商合作，以确认这一点。 例如，Xanadu已经与包括大众汽车在内的多家汽车制造商合作，使用Pennylane开发用于电池模拟的量子算法。 
错失全球竞争的风险
随着人工智能革命的到来，Xanadu指出，“尽管量子机器学习领域仍处于起步阶段，但已经做了很多研究工作。 在目前正在进行的大量算法开发中，量子计算机似乎能够以非常不同的方式处理某些机器学习任务。 然而，在充分探索其原理之前，仍然需要大规模的容错量子计算机。 一旦这些技术扩展到非常大的规模，它们就可以更有效地处理传统的机器学习基本操作，例如矩阵操作。 弗农认为，量子计算机不会取代数据中心，但会增强数据中心，这表明量子计算并不能解决目前由边缘集群完成的计算问题和应用。 “由于问题的数学性质或结构，有些情况是普通经典计算机无法处理的，而量子计算机采用的独特方法能够有效地解决这些问题，”他指出。 而且，量子计算机的发展并不是对现有传统技术的简单改进或微小的优化。 一个很好的例子是Borealis，这是最新的云部署机器，它能够击败世界上最强大的超级计算机，并且比Fugaku高出几个数量级。 “从根本上说，量子计算处理的是一系列完全不同的问题，这些问题无法通过简单地扩展数据中心来解决。 “它为现有技术无法实现的应用开辟了一个市场，而且将永远如此。 ”
鉴于量子计算的战略重要性，一场全球竞争已经开始。 在评论加拿大的优势时，弗农说，该国在生态系统方面表现出色，特别是在人才发展方面，许多加拿大领先的物理学家和工程师都是Xanadu直接雇用的。 在谈到台湾的优势时，弗农认为，台湾是“半导体的圣地”，因此未来也将成为硅光子学的中心，并在Xanadu的未来**链中发挥关键作用。 在加拿大台北办事处**的帮助下，Xanadu与台湾的一些晶圆厂以及组装和测试设施建立了关系。 对于其他光子学生态系统，Vernon认为氮化硅和铌酸锂是Xanadu已经研究了相当长一段时间的两个极其重要的新兴平台。 “如果你不参与进来，你就错过了，”弗农说。 在过去的几年里，美国和欧洲在光子量子计算上花费了大量的时间和精力，所以它们已经略微领先。 他希望各国能够清楚地认识到量子计算对未来的潜在力量和重要性，并积极投身于量子计算领域。 （本文基于DigiTimes Asia，仅作为行业资讯和新闻分享）。
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