Xanadu Hardware首席技術官扎卡里·弗農（Zachary Vernon）指出他強調，矽光子學是實現可在室溫下執行的容錯量子計算機的最快途徑，對量子計算機的發展具有深遠的影響，為構建更穩定、更可靠、更高效的量子計算提供了重要的支援和可能性矽光子學是在CMOS平台上製造整合光子學的技術，在過去兩年中已成為乙個流行語，因為該技術有望為資料中心提供更快、更安全、更高效的解決方案，以應對人工智慧日益增長的傳輸需求的壓力。 然而，矽光子學的潛力並不侷限於傳統的計算和通訊。 xanadu是一家量子計算公司，成立於2016年，總部位於加拿大多倫多。 該公司正在構建基於矽光子晶元的容錯計算機。 Xanadu認為，使用光子作為量子位元，矽光子學將是通向可在室溫下執行的容錯量子計算機的最快途徑。 Xanadu Hardware首席技術官Zachary Vernon在去年11月出席由全球半導體聯盟主辦的2023年亞太高階別論壇時，向DigiTimes Asia談到了光子學為量子計算帶來的機遇。 
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實現容錯的競賽
目前，已經開發了幾種基於不同原理的量子計算機，包括超導量子位元、量子點、離子阱和光子。 “不同型別的量子計算機之間的區別在於使用不同型別的硬體，”弗農指出。 目前，它們之間存在著激烈的競爭，不同型別的量子計算機適合解決不同的問題，但都處於原型階段，無法商業化應用。 理想情況下，如果所有構建量子計算機的方法都成功，那麼它們應該是等效的，並且能夠解決相同的問題。 “為了構建更可靠、更穩定的量子計算機，我們需要具有容錯性和糾錯能力。 在實現容錯方面，可伸縮性和效能都很重要。 這意味著在量子計算機中，需要大量的量子位元來編碼和糾正錯誤，並且這些量子位元需要具有高效能。 目前，光子學被認為是實現這一目標和擴大規模的最快方法。 ”
光子學使得使用光纖以不同的方式將不同的晶元聯網成為可能，這提供了比超導方法更好的連線性。 “由於光子學提供了更好的連線性，這意味著一些量子編碼技術，特別是量子低密度奇偶校驗（LDPC）糾錯編碼，可以更好地設計和實現，以提高可靠性和準確性，”弗農說。 事實上，光子學是實現這種能力的唯一途徑。 由於其他方法在量子位元之間的連線方面受到限制，因此光子學可以使用光纖將量子計算機或網路中的量子位元路由和傳輸到所需的位置或節點，從而可以更有效地傳輸和處理量子資訊。 這種能力對於構建大規模量子計算機至關重要，因為它允許量子位元以更高效、更靈活的方式進行通訊和交換，從而更好地支援量子計算機的計算和功能。 隨著量子位元數量的增加，光子學在量子計算中的重要性也在增加。 為了利用光子學，量子計算機可能需要數百萬個量子位元。 Xanadu能夠利用更好的LDPC技術，並訪問比競爭方法多10到100倍的邏輯量子位元，這使其在量子計算方面具有更大的潛在優勢。 Vernon強調：“我們認為任何從事矽光子學製造的人都應該密切關注量子計算行業。 ”
光子學將是最快的擴充套件方式
根據 Xanadu** 的說法，一旦實現容錯並開始擴大規模，每年增加數百個邏輯量子位元，僅 Xanadu 每年就需要數十萬個 300 公釐晶圓。 因為量子計算機就像乙個資料中心，實際上需要數千或數百萬個晶元來構建。 這是乙個重要的市場機會，量子計算機所需的矽光子學晶圓的產量將與目前在幾年內生產的矽光子學晶圓的產量進行比較。 “在未來幾年，Xanadu希望具有容錯能力，並擴充套件到1000個糾錯邏輯量子位元，”Vernon說。 這看起來像乙個擁有大約 10,000 個機架的資料中心。 目前，該公司的重點是開發提供部署在雲中的容錯計算機所需的硬體。 “從長遠來看，矽光子學技術的使用有可能在靠近邊緣終端的地方部署量子計算機。 "原則上，使用光子學的量子計算機可以放置在消費類裝置中。 "扎卡里·弗農（Zachary Vernon）解釋道"儘管需要開發某些技術，但原則上存在這種能力，因為它們都可以在室溫下工作。 但是否真的可行，還需要更多的時間來研究。 “從市場的角度來看，Xanadu用於程式設計量子計算機的軟體庫Pennylane是該公司的主要產品。 該產品是與 NVIDIA 和 Amazon Web Services 合作開發的。 “Pennylane 是用於開發量子計算機演算法的領先軟體 API 之一，”Zachary Vernon 評論道，“它最初專注於機器學習應用：量子機器學習，並圍繞它開發了乙個社群，在演算法開發市場中占有相當大的一部分。 Xanadu的首席技術官還強調了Pennylane與硬體無關的本質：它不僅限於光子量子計算機或Xanadu的硬體，它可以在不同的平台上使用。 目前，Xanadu已經與幾家硬體供應商合作，以確認這一點。 例如，Xanadu已經與包括大眾汽車在內的多家汽車製造商合作，使用Pennylane開發用於電池模擬的量子演算法。 
錯失全球競爭的風險
隨著人工智慧革命的到來，Xanadu指出，“儘管量子機器學習領域仍處於起步階段，但已經做了很多研究工作。 在目前正在進行的大量演算法開發中，量子計算機似乎能夠以非常不同的方式處理某些機器學習任務。 然而，在充分探索其原理之前，仍然需要大規模的容錯量子計算機。 一旦這些技術擴充套件到非常大的規模，它們就可以更有效地處理傳統的機器學習基本操作，例如矩陣操作。 弗農認為，量子計算機不會取代資料中心，但會增強資料中心，這表明量子計算並不能解決目前由邊緣集群完成的計算問題和應用。 “由於問題的數學性質或結構，有些情況是普通經典計算機無法處理的，而量子計算機採用的獨特方法能夠有效地解決這些問題，”他指出。 而且，量子計算機的發展並不是對現有傳統技術的簡單改進或微小的優化。 乙個很好的例子是Borealis，這是最新的雲部署機器，它能夠擊敗世界上最強大的超級計算機，並且比Fugaku高出幾個數量級。 “從根本上說，量子計算處理的是一系列完全不同的問題，這些問題無法通過簡單地擴充套件資料中心來解決。 “它為現有技術無法實現的應用開闢了乙個市場，而且將永遠如此。 ”
鑑於量子計算的戰略重要性，一場全球競爭已經開始。 在評論加拿大的優勢時，弗農說，該國在生態系統方面表現出色，特別是在人才發展方面，許多加拿大領先的物理學家和工程師都是Xanadu直接雇用的。 在談到台灣的優勢時，弗農認為，台灣是“半導體的聖地”，因此未來也將成為矽光子學的中心，並在Xanadu的未來**鏈中發揮關鍵作用。 在加拿大台北辦事處**的幫助下，Xanadu與台灣的一些晶圓廠以及組裝和測試設施建立了關係。 對於其他光子學生態系統，Vernon認為氮化矽和鈮酸鋰是Xanadu已經研究了相當長一段時間的兩個極其重要的新興平台。 “如果你不參與進來，你就錯過了，”弗農說。 在過去的幾年裡，美國和歐洲在光子量子計算上花費了大量的時間和精力，所以它們已經略微領先。 他希望各國能夠清楚地認識到量子計算對未來的潛在力量和重要性，並積極投身於量子計算領域。 （本文基於DigiTimes Asia，僅作為行業資訊和新聞分享）。
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