凭借 Carina 系统，QuiX 推动光子量子计算向前迈进

在过去的几个月里，QuiX Quantum 一直在陆续推出高管们所称的该厂商“通用光子量子计算架构”的关键拼图。这包括前馈控制单元（FFCU）——一个允许实时测量响应的重要硬件组件，以及其光子装配控制单元（PACU）——一种用于其光子量子系统的标准化控制器。

6 月 30 日，QuiX 正式揭幕其 Dedalo 系统架构，将这些技术融为一体。该架构设定了多重目标，涵盖开发高性能且具备纠错能力的光子量子比特、构建容错光子量子计算机，以及确保系统能够轻松适配并部署于量子-传统混合 HPC 数据中心之中。

仅仅 14 天后，这家成立七年的荷兰公司于本周正式发布 Carina。这是其首款商用光子量子计算机，为 Dedalo 架构及其逻辑量子比特的应用奠定了基础。

QuiX 首席执行官斯特凡·亨格斯巴赫（Stefan Hengesbach）表示，Carina 是一款同时满足“通用光子量子计算”与“传统数据中心部署”双重需求的系统。在此之前，光子量子领域一直处于割裂状态：一类架构虽能快速商业化，却不符合通用容错计算的定义；另一类架构虽然具备面向未来扩展的能力，却难以部署到实际运行的数据中心内。

亨格斯巴赫在一份声明中指出：“Carina 将这两项需求完美融合在一个通用架构中，以便安装到真实的客户环境中。”

过去几年间，涵盖超导、中性原子、离子阱以及光子学在内的多种物理实现形态/路线的量子计算系统的开发速度显著加快，生成式 AI 与智能体 AI的兴起更进一步推动了这一进程。目前，量子系统主要通过云端接入，但人们普遍预期它们将迅速进入 HPC 数据中心，与强大的传统计算系统融合，使量子处理单元（QPU）成为与 CPU、GPU 等并列的又一种加速器。

QuiX 是众多利用光子构建量子比特、将信息直接编码在光粒子上的量子计算公司之一（其他还包括 PsiQuantum、Photonic Inc.、Quantum Computing Inc. 以及 Quantum Pulse）。

QuiX 高管主张，凭借 Dedalo 架构，他们已经攻克了光子量子计算面临的一系列挑战，从光子损耗、纠错，到光子无法储存因而必须即时使用等难题。Dedalo 也有望实现容错光子量子计算。Dedalo 将采用的解决方案之一是由多个物理量子比特组成的逻辑量子比特，这也是量子计算中一种常见的纠错技术。

Carina 展示了一些关键的基础模块，用以证明可以在室温下利用光子实现通用门集。通过 Dedalo，QuiX 希望为该技术的规模化扩展打造蓝图。

从 Carina 开始，QuiX 采用了基于测量的量子计算范式，将系统扩展至能够处理传统系统无法胜任的计算水平。MBQC 流程并非让计算通过一串量子门作用于一组量子比特上，而是首先创建一个由纠缠量子比特构成的团簇态——一种高度纠缠的资源态——然后通过一系列单量子比特测量来推进计算，每一步测量结果都将决定下一步的操作。这被称为前馈流程。

QuiX 工程师在一份关于 Carina 的 13 页白皮书中写道，MBQC 非常适合光子量子计算，因为光子具有流动性，且与周围环境的相互作用极弱。这使得它们能够抵抗去相干。话虽如此，弱相互作用也使得在光子之间直接实现确定性双量子比特门变得非常困难。

工程师们写道：“MBQC 优雅地规避了这一难题：计算所需的纠缠是通过概率性纠缠操作预先构建到资源态中的，这些操作可以反复尝试并被宣告式确认，而计算步骤本身——即测量——则是光子系统原生且具备极高效率的操作。此外，光子以光速传播，这意味着 MBQC 所需的传统前馈操作原则上可以在系统的相干时间内完成，这一约束在集成光子架构中是自然可控的。”

他们补充道：“内源性的抗去相干能力、室温运行以及原生测量的计算范式相结合，使得基于光子学的 MBQC 成为通往实用级量子计算的一条独具说服力的路径。”

Carina 的推出发生在其获得了约 1700 万美元的 A 轮融资的一年之后。该融资旨在支持 QuiX 于今年开发并交付首台基于单光子的通用量子计算机，下一代系统预计将于 2027 年问世。这也是欧盟力争在 2030 年前使该地区成为量子计算领导者举措的一部分。Carina 是作为“DLR 量子计算倡议”（DLR Quantum Computing Initiative，由德国联邦研究、技术与太空部资助）中“通用光子量子计算机项目”的一部分开发而成的。

该系统的架构包含一个光子发生器子系统（下图为 Carina 光子发生器芯片），该子系统可产生一对信号光子与闲频光子——检测每对光子中的闲频光子可证实/宣告信号单光子的创建；随后，信号光子穿过一个多路复用器子系统，该子系统包含片上快速切换网络与片外延迟线，用于选择并路由光子至输出通道。

随后光子进入状态发生器子系统，该子系统在片上对光子进行纠缠并生成量子比特团簇态。下一步是光子检测子系统，在此进行测量以执行用户的操作，并利用检测器测量纠正结果。

最后，控制子系统通过快速前馈能力实现通用门集。下图展示了 Carina 的 PACU与 FFCU：

为了确保 Carina 及其后续系统能够部署在 HPC 和 IT 数据中心，Carina 的架构采用了基于兼容 CMOS 的氮化硅（SiN）光子集成电路（PIC）制成的硬件，因此可以通过现有的半导体制造工艺和晶圆厂设施进行生产。这降低了量子硬件规模化扩展的难度。

这台量子计算机还可以在室温下运行，这意味着设计更加模块化且具备更高的能效，无需承担超导等技术路线中更常见的离线/高功率外部制冷单元所带来的额外成本。Dedalo 架构还兼容现有的电信架构，使用标准的便携式/标准光纤网络组件。

QuiX 计划在 Carina 上运行既定的协议和量子算法，初始计算将在模拟器上运行，以理清误差来源并利用理论模型进行测试。通过 Carina，QuiX 工程师将能够为其未来版本的计算机（包括 Dedalo）降低系统中的误差（包括光子损耗）。

工程师们在白皮书中写道：“在众多的量子计算技术路线中，QuiX 的光子量子计算解决方案提供了令人瞩目的优势，例如：实现模块化和快速扩展的原生互连性、得益于有利纠错方案的高硬件利用率/低硬件开销，以及由室温和电信级运行带来的数据中心就绪性。然而，光子量子计算此前缺乏在实际运行系统中对通用性的示范。QuiX 已经凭借 Carina 为实现这一里程碑做好了充分准备，Carina 旨在实现通用门集，从而支持任意量子操作。”

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原文：With The Carina System, QuiX Pushes Photonic Quantum Computing Forward