9月3日，德国弗劳恩霍夫光子微系统研究所（Fraunhofer IPMS）宣布，在德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）的统筹协调下，该研究所正与24家德国科研机构和企业携手，共同研发一款集成量子计算机，该计算机采用超导量子芯片技术，旨在实现更高的错误率标准。目前，首台原型机已经准备投入使用。

多方联合，建造德国首台自研量子计算机

量子计算机有望成为满足日益增长的计算能力和数据处理需求的关键解决方案。然而，要使量子处理器变得实用且可扩展，仍需克服众多挑战。其中，量子比特（qubits）的高错误率是量子计算发展中面临的主要难题之一。

来源：弗劳恩霍夫光子微系统研究所

本次合作旨在开发一种基于新一代超导电路的量子处理器系统，该系统将集成多种量子处理器并实现极低的错误率。这预示着量子比特的质量将得到显著提升，谷歌、IBM和英特尔等科技巨头也在积极探索类似技术。

目前，研发团队已经取得了重大进展。配备有10个量子比特、完整的软件堆栈以及云用户访问功能的QSolid演示器的首个原型即将在德国于利希研究中心启动运行，届时将能够测试符合行业标准的应用程序和性能基准。该项目获得了德国联邦教育和研究部（BMBF）的大力支持，总投资高达7630万欧元（约合6亿人民币）。

弗劳恩霍夫光子微系统研究所是“硬件集成技术”工作包的核心成员，目前正在与GlobalFoundries和Fraunhofer IZM-ASSID一起研究CMOS控制逻辑与量子处理单元（QPU）的协整，以减少量子计算机中复杂的布线及线路。这些复杂的结构可能会降低处理器的电导率，从而使整个系统的温度保持在较低水平变得更加困难——特别是在未来处理器中量子比特数量增加的情况下。

图：使用优化的中介层技术将量子处理单元（左）与 CMOS 控制逻辑（右）共集成的示意图

来源：弗劳恩霍夫光子微系统研究所

为此，研究团队正在开发一种中介层技术，该技术专注于通过先进封装实现高密度、超导连接和热解耦。目前面临的挑战是如何在低温条件下保持CMOS芯片的可用性，因为量子比特的处理器温度需要保持在较低的水平。

图：研究团队实现了安装在低温测试装置中的第一个中介层

来源：弗劳恩霍夫光子微系统研究所

纳米电子技术中心（CNT）是弗劳恩霍夫光子微系统研究所的一部分，专注于最先进的、符合行业标准的CMOS半导体生产。“与合作伙伴一起，我们能够确定CMOS和量子芯片的联合集成设计，以及有关温度管理的合适材料。基于此，我们制造了第一代中介层并在低温条件下成功进行了测试。这还包括所用材料的超导性能的演示，例如基于铟的凸块。此外，GlobalFoundries 对 CMOS 芯片的低温特性测试也取得了成功。”弗劳恩霍夫光子微系统研究所量子技术部门负责人Marcus Wislicenus表示。

位于于利希研究中心的量子计算共享基础设施

这个10量子比特的原型只是迈向更高台阶的中间步骤。到2026年12月项目结束时，该系统将得到进一步开发，以便实现30个量子比特的目标，并尽可能在最大程度上降低错误率。

“在过去的两年半时间里，我们已经取得了不错的进展，并且推出了一个具有良好性能值的系统。虽然我们仍在集成和控制最终的子系统，但我们已经在研究提高原型的性能，该原型旨在处理工业和科学应用中的复杂计算操作。”项目协调员 Frank Wilhelm-Mauch教授表示。

图：于利希研究中心超导量子计算机的低温设置和控制

来源：于利希研究中心

为了实现在德国独立制造量子计算机的目标，QSolid汇集了来自德国各地的25个研究机构、公司和初创企业。合作伙伴希望通过这一项目共同为商业化铺平道路，并开发一个演示器，该演示器将通过“于利希统一量子计算基础设施”（JUNIQ）向外部用户开放，并根据他们的个人需求进行定制。

QSolid项目是一个由德国联邦教育及研究部（BMBF）资助的重大科研项目，旨在开发错误率更低的超导量子计算机，并将其早期集成到德国于利希研究中心现有的超级计算机基础设施中。该项目于2022年1月1日启动，计划持续至2026年12月31日，总预算为7630万欧元，其中约89.8%的资金由BMBF提供。

项目的总体目标是开发出能够控制多达30个量子比特的量子计算机，最终目标是构建一个多处理器机器，能够使用下一代超导量子处理器。

来源：QSolid

QSolid项目由25家德国的研究机构、公司和初创企业共同参与，包括弗劳恩霍夫研究所、GlobalFoundries、卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、莱布尼茨光子技术研究所（Leibniz-IPHT）等。这些合作伙伴希望为超导量子计算机开发一个全面的生态系统。参与该项目的研究机构和公司，涵盖了量子计算机价值链所需的几乎所有重要元素，除了专注于提高量子比特的质量、材料、设计、工艺和系统开发外，低温特性的表征以及与现有超级计算机的软件连接也是该项目的主要研究内容。

来源：弗劳恩霍夫光子微系统研究所

25家企业与机构合作，加速推进德国首台自研量子计算机问世