最近英国和美国签署了一项联合声明，旨在加强在量子科学和技术方面的合作，加大量子芯片的投入。
牛津仪器纳米科学是行业领先的量子技术支持工具制造商和供应商，最近宣布与 SeeQC、Quantum Motion和sureCore合作开展三个独立项目，以帮助量子技术的快速商业化和广泛采用。这些合作旨在推动企业应用量子计算解决方案的开发。该公司将利用其在复杂技术交付方面的悠久历史和专业知识，与这些行业领导者合作，为包括制药在内的许多行业开发量子技术密集型解决方案。
第一个项目是 SeeQC 主导的工业战略挑战基金(ISCF) QuPharma 项目，该项目获得了 680 万英镑（约合 905万美元）的资金，用于开发专用ASIC 量子计算机芯片，以彻底改变药物研发。该项目的主要目标是提高药物发现的速度和准确性。
由于用于药物相关研究的现有超级计算机的能力几乎不能满足行业要求，因此对量子计算的需求很大。除了满足这一需求外，这个由 SeeQC 领导的项目旨在利用低温工程专业知识为德国量子计算机公司默克制造一个量子计算机平台。
SeeQC 的示例 SoC。图片由SeeQC 提供
第二个项目是由 Quantum Motion 牵头的名为 Altnaharra 的为期三年的 UKRI 项目，用于基于 CMOS 技术的量子位集成控制和读出。该项目获得了 570 万英镑（约合 760万美元）的资助目，牛津仪器纳米科学公司与Quantum Motion公司的合作旨在开发一种基于超导电路、离子阱和自旋量子比特的技术，具有加快英国量子计算发展的能力。该项目产生的标准互补金属氧化物半导体（CMOS）代工厂制造的低温芯片将使整个量子计算产业得以发展，因为它们可以在绝对零度附近运行，而这一直是量子计算主流化的一个重大挫折。
牛津大学将支持的最后一个项目是由 sureCore 领导的 650 万英镑（约合 865万美元）资助的项目，旨在通过提供低温设计专业知识来促进量子计算的发展，以促进新的基于设计规则的低温 CMOS 解决方案。该项目的一个关键目标是有效处理与量子计算机生产规模相关的挑战，包括制造与超低温兼容的电子产品。
总的来说，牛津大学似乎正在选择那些有助于解决整个量子计算发展中的重大障碍的项目。现在我们已经知道了牛津大学希望从这些合作中获得什么，接下来让我们深入了解这三家公司为实现这些项目带来了什么。
SeeQC 的 SoC 解决方案
SeeQC是一家总部设在美国的成本效益和商业上可扩展的量子计算解决方案的制造商。该公司旨在通过提供有利于系统复杂性、成本和I/O数量最小化的数字芯片规模的功能集成，在量子计算方面取得重大进展。
它提供全面的量子技术相关的制造服务，已经设计了至少5000个独特的超导芯片。
SeeQC 是一家总部位于美国的具有成本效益且可商业扩展的量子计算解决方案制造商。该公司旨在通过提供有利于系统复杂性、成本和 I/O 数量最小化的数字芯片级功能集成，在量子计算方面取得重大进展。
它提供全面的与量子技术相关的制造服务，已设计出至少 5,000 个独特的超导芯片。
其中一些服务包括：
纳米加工
超导传感器工艺（即过渡边缘传感器 (TES) 和超导纳米线单光子探测器 (SNSPD)）
晶圆级定制制造
超导和非超导多芯片模块工艺
今年，该公司披露了其在实现量子操作系统方面的突破，该系统利用了其创新的芯片级集成量子计算架构。在与英国Riverlane公司的合作中，SeeQC的这一发现确保了量子技术在低延迟下的显著小型化，从而实现快速商业化。此外，SeeQC的数字量子管理（DQM）片上系统（SoC）可以作为量子应用和算法的桥梁。
除了确保量子技术前所未有的可扩展性和成本效益外，这种基于芯片的管理功能集成有望提供新的量子计算功能。该公司利用其世界一流的芯片制造代工厂，通过将现有制造的专用电路与 DQM SoC 相结合，开发 3D 多芯片系统。
Quantum Motion 在 CMOS 芯片上的最新创新
Quantum Motion专注于设计兼容常规硅处理的量子计算架构，即该公司在经典计算材料（如硅）上实现量子计算能力。然而，该公司在其设计中考虑了超可扩展性，以实现邮票大小的量子比特技术。因此，开发一种量子计算技术非常适合处理各个领域的复杂问题，包括医学、化学和人工智能。
最近，Quantum Motion 实现了基于 CMOS 芯片的量子点集成读出。
Quantum Motion 基于 CMOS 的低温 IC
Quantum Motion 基于 CMOS 技术的低温 IC 包含三个关键要素：
量子点阵列
专用的数字电子器件
模拟LC谐振器
虽然该芯片提供了整体芯片面积最小化，但它可以执行量子点 (QD) 的分散电荷状态读出。通过在深低温下集成这些子系统（量子计算和经典电子），Quantum Motion 可以有效地解决与尺寸和 I/O 数据管理相关的挑战，消除对大规模硅量子计算实现的限制。
CryoCMOS IP：使用 SureCore 进行低功耗量子计算
SureCore 是 IP 公司，为其他行业领导者提供设计流程和低功耗工程方法，帮助他们满足严格的功率预算。该公司通过提供低功耗混合信号设计和低功耗静态随机存取存储器 (SRAM) IP 服务，确保IC设计界在其设计中满足功耗和严格的存储器要求。
SureCore 的技术旨在解决与低功耗 SRAM 相关的挑战，这些挑战约占工作功耗的 70%。因此，该公司多年来积累了专业知识和经验，以确保在各种应用和设备中实现高效的静态和动态功耗。
SureCore的创意CryoCMOS IP是一种可以充分加速量子计算广泛采用的设计。该 IP 适用于量子计算应用所依赖的低温操作。此外，该 IP 有望处理连接量子位与其相关控制电子设备的问题。
由于这些控制电子设备（传统 CMOS 工艺技术）在有限的温度范围（-40°C 至 125°C）内有效运行，因此为量子计算应用布线可能具有挑战性。然而，借助 CryoCMOS IP，设计人员可以实现无缝布线，因为该解决方案可以在低至 4°K 的温度下运行。
该 IP 提供的一些关键功能包括：
最小的功耗
标准单元库
降低了低温恒温器的热负荷
低工作温度范围（低至 4° K 或 -269.15° C）
推动更好的量子计算
随着牛津仪器纳米科学与这三个项目和公司的合作，量子计算领域可以受益于：
SeeQC的DQMSoC可以确保量子计算的高度可扩展性和制造的成本效益
Quantum Motion 基于 CMOS 技术的低温 IC，可消除大规模硅量子计算限制
SureCore 的 CryoCMOS IP 可实现低温兼容 CMOS 工艺技术的设计
通过与这些公司和创新合作，量子计算的商业化和大规模采用可能会更快到来。
其他知识分享：
所谓量子芯片就是将量子线路集成在基片上，进而承载量子信息处理的功能。借鉴于传统计算机的发展历程，量子计算机的研究在克服瓶颈技术之后，要想实现商品化和产业升级，需要走集成化的道路。超导系统、半导体量子点系统、微纳光子学系统、甚至是原子和离子系统，都想走芯片化的道路。从发展看，超导量子芯片系统从技术上走在了其它物理系统的前面；传统的半导体量子点系统也是人们努力探索的目标，因为毕竟传统的半导体工业发展已经很成熟，如半导体量子芯片在退相干时间和操控精度上一旦突破容错量子计算的阈值，有望集成传统半导体工业的现有成果，大大节省开发成本。
中科院量子信息重点实验室教授郭国平、肖明与合作者成功实现了半导体量子点体系的两个电荷量子比特的控制非逻辑门，成果于2015年7月17日发表在《自然—通讯》上 。中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组及其合作者又破世界纪录，通过实验成功实现世界上最快速量子逻辑门操作，取得半导体量子芯片研究的重要突破。
传统砷化镓半导体量子点量子比特研究
半导体量子点由于其良好的扩展性和集成性是实现固态量子计算的最有力候选者。由单电子在双量子点中的左右量子点的占据态编码的电荷量子比特有众多的优越性，成为量子计算研究最热门的研究方向。首先，电荷量子比特门操作速度可以较大范围的调节，达到GHz的频率；其次，电荷量子比特的制备、操控和读取可以用全电学操控来完成；最后，电子电荷自由度作为量子比特可以与现有信息处理技术兼容，并且可以利用先进的半导体工艺技术完成大面积的扩展和集成。
一个单量子比特逻辑门操控和一个两量子比特受控非门可以组合任意一个普适量子逻辑门操控，而实现普适量子逻辑门操控是实现量子信息处理过程的最关键技术。国际上主要有美国哈佛大学、威斯康星大学等集中在电子电荷量子比特的量子计算研究，我们研究团队在2013年成功实现了半导体超快普适单比特量子逻辑门（Nat. Commun.，4.1401，2013），经过两年的摸索和积累，研究组在2015年成功实现两个电荷量子比特的控制非门，其操控最短在200皮秒以内完成。相对于国际上电子自旋两量子比特的最高水平，新的半导体两量子比特的操控速度提高了数百倍。单比特和两比特的量子逻辑门的完成，表明量子计算所需的所有基本量子逻辑门都可以在半导体上通过全电控制方式实现。这种方式具有操控方便、速度超快、可集成化、并兼容传统半导体电子技术等重要优点，是进一步研制实用化半导体量子计算的坚实基础。
图示为单量子比特操控和两量子比特操控实验样品和实验测量图。
新型非掺杂砷化镓和硅锗异质结量子比特的制备和操控研究
传统的砷化镓量子点是基于掺杂的砷化镓铝异质结中的二维电子气上形成的。由于掺杂不可避免的削弱电子电荷和自旋的稳定性，从而增加了量子比特受到掺杂电子电荷噪声的影响，缩短了量子比特的弛豫时间，加快了量子比特的的退相干过程。以解决上述问题为目标，分别采用非掺杂GaAs和SiGe异质结进行新型双层结构量子点器件的设计和制备，减小电荷噪声的影响，排除核自旋的影响，延长量子比特的退相干时间，实现单电子电荷和自旋量子比特的制备、测量和操控。新型量子点器件是继承传统量子点器件可集成性等优势的同时，又具有高迁移率、强稳定性的增强型量子点研究体系，是实现多量子比特耦合的基础。
基于非掺杂砷化镓异质结的电荷量子比特和基于非掺杂SiGe异质结的电子自旋量子比特研究都是相关研究中的新兴热门领域，特别是基于SiGe量子点的自旋量子比特由于其没有核自旋，具有较长的量子退相干时间。我们研究团队成功制备了两种材料的双量子点器件，完成了砷化镓量子点的表征和电子弛豫时间以及退相干时间的测量，正在开展进一步的实验研究。
图示为新型非掺杂砷化镓和硅锗双量子点样品的结构图和实验测量。
半导体量子点与超导腔耦合的复合量子比特以及多量子比特扩展
基于半导体量子点的量子计算方案都是利用相邻量子点量子比特之间的交换相互作用来实现多比特的量子逻辑门操作，非近邻量子比特之间的逻辑门操作需要通过一系列近邻门操作组合完成，这大大增加了计算过程中逻辑门操作的数量和难度。最近有些理论工作提出借用超导量子比特系统中的超导传输谐振腔等概念来实现半导体量子点非近邻量子比特耦合的量子数据总线，但是相应的实验还处于起步和摸索阶段。不过半导体量子点和超导谐振腔为我们提供一种崭新的物理体系，同时很好的兼容了传统半导体产业各种微纳米工艺和技术，在未来的信息处理器中具有广阔的应用前景。我们团队提出了最早的非强耦合条件下的超导传输谐振腔与量子点量子计算理论方案（Phys. Rev. Lett. 101, 230501 (2008).），大大降低了实验的要求和难度。
我们研究团队在半导体量子点的制备和操控方面积累了大量的实验经验和技术，对超导谐振腔体的制备和表征也掌握关键的工艺技术。经过几年研究积累，完成了超导谐振腔与石墨烯双量子点以及超导谐振腔与两个石墨烯双量子点实现远程耦合的实验研究，以此为基础着力于解决半导体量子点多比特之间的耦合问题，具有很大的理论和实验挑战性。我们的这些前期工作已属于世界研究前列，结合已开展的半导体量子点处理单元和测量单元研究，集中推进基于固态量子比特的多量子比特扩展研究。
基于新型二维材料（Graphene，TMDS）体系的量子器件制备和量子物理研究
“量子芯片”是未来量子计算机的“大脑”。 2016年2月，国际权威杂志《物理评论快报》发表了中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室郭国平研究组在量子芯片开发领域的一项重要进展。该成果由郭国平研究组及合作者完成，首次在砷化镓半导体量子芯片中成功实现了量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特。研究组利用半导体量子点的多电子态轨道的非对称特性，首次在砷化镓半导体系统中实现了轨道杂化的新型量子比特，巧妙地将电荷量子比特超快特性与自旋量子比特的长相干特性融为一体，实现了“鱼”和“熊掌”的兼得。实验结果表明，该新型量子比特在超快操控速度方面与电荷量子比特类似，而其量子相干性方面，却比一般电荷编码量子比特提高近十倍。同时，该新型多电子轨道杂化实现量子比特编码和调控的方式具有很强的通用性，对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新思路。
2018年2月，中国科学技术大学郭光灿院士团队在半导体量子芯片研制方面再获新进展，创新性地制备了半导体六量子点芯片，在国际上首次实现了半导体体系中的三量子比特逻辑门操控，为未来研制集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。国际应用物理学权威期刊《物理评论应用》日前发表了该成果。
人工智能
据国外媒体报道，当前计算机数据是由1和0表示的，然而，量子计算机能够使用亚原子粒子编码数据。专家认为，量子比特同时具有两种状态，能够显著提高计算速度和能力。谷歌公司与科学家联手研制量子级计算机处理器，有望未来使机器人像人类一样“独立思考问题”。
美国加州大学圣塔芭芭拉分校物理学家约翰-马蒂尼斯（John Martinis）是超导量子计算领域的资深研究员之一，他与谷歌公司建立合作关系，在量子人工智能实验室进行研究工作。
谷歌公司工程部主管哈尔穆特-内文（Hartmut Neven）说：“该量子人工智能实验室能够实施和测试量子最优化和推理处理器的最新设计。”
谷歌公司致力于自动驾驶汽车和机器人研究，开始日益聚焦人工智能技术。谷歌公司收购DeepMind Technologies人工智能公司，DeepMind Technologies创始人之一、神经系统科学家杰米斯-哈萨比斯（Demis Hassabis）两年前曾尝试研制像人类一样思考的计算机。
然而，DeepMind Technologies另一位创始人谢恩-雷格（Shane Leg）警告称，人工智能是本世纪最危险的技术之一，认为它将导致人类灭绝。
可防盗刷
“量子卫星之父”潘建伟：5年后用量子芯片防盗刷
46岁的“学霸”科学家潘建伟近期再度受关注，是因为我国发射的世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”。预计在11月中旬，这颗卫星将完成全部在轨测试工作，开始国际前沿量子科学实验。潘建伟正是这颗量子卫星的首席科学家。 [7]
在11月5日举行的“2016年中国科技传播论坛”上，潘建伟表示，将用15年左右时间，构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网，即量子互联网。他说，“量子称霸”为时不远。
“有国外同行把量子卫星比喻为前苏联的‘伴侣号’卫星，那是人类第一颗人造卫星，所以‘墨子号’的开创性不言而喻。”潘建伟自豪地说。
量子通信与普通老百姓的生活有关吗？他介绍说，中国力争到2030年左右率先建成全球化的广域量子保密通信网络，并在此基础上，构建信息充分安全的“量子互联网”。开始可能国防安全用得比较多，如果这个秘钥好用的话，马上紧接而来的可能是金融领域，因为他们有一些保密性特别强的数据，需要这个技术。当然再过几年成本低下来之后，每个老百姓的手机、银行账号里也可以用这种方法来进行保密。
他甚至给出了一个量子通信技术普及的时间表：5年左右很多机要部门开始用，10年左右金融业、银行等大机构开始使用，15年的时间或许走进千家万户。届时，每个人的家里只要装上一个量子加密芯片，那么，银行转款、电子账户等涉密操作，都不用担心被盗用或者攻击。
也许就在不远的将来，量子通信技术将如同手机、电脑一般，走入寻常百姓家。
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