硬體導論

除了提供單個零部件或代工服務的供應商外,市場上還有許多公司和研究機構致力於提供更完整的超導量子計算系統或特定的技術解決方案。它們構成了超導量子計算生態系統的應用層和系統集成層。

A. 提供完整系統的公司

這些公司通常致力於構建和銷售(或提供雲訪問)完整的、可運行的超導量子計算機系統。

• 大型科技公司(Large Tech Companies): 憑藉其雄厚的研發實力和資源,大型科技公司在超導量子計算領域扮演著引領者的角色。
  • IBM: 是最早投入量子計算的巨頭之一,採取全堆疊(Full-stack)策略,涵蓋從硬件(基於 Transmon 的超導處理器,如127 量子位元的 Eagle 和 1121 量子位元的 Condor)到軟件(Qiskit SDK)再到雲平台(IBM Quantum Experience / IBM Quantum Platform)的完整解決方案¹。他們不僅提供雲端訪問,也向特定合作夥伴提供本地部署的系統(如IBM Quantum System Two)。
  • Google Quantum AI: 同樣是超導量子計算的先驅,以其Sycamore (53 qubits)和 Willow (105 qubits)等處理器聞名。Google 主要通過研究合作和雲端接口(集成在Google Cloud 中)提供對其硬件的訪問,並在量子算法、糾錯和硬件開發方面持續投入。
  • Intel: 雖然也探索硅基自旋量子位元,但在超導量子位元方面也有投入,並開發了低溫控制晶片(Horse Ridge II)。Intel的目標是利用其在半導體製造方面的專長,推動量子計算從實驗室走向商業化系統。
• 專注於量子計算的公司(Quantum-Focused Companies): 許多初創公司和專注於量子技術的公司也在開發自己的超導量子計算系統。
  • Rigetti Computing: 總部位於美國,開發基於超導量子位元的處理器,並通過其雲服務平台提供訪問。Rigetti的一個特色是其垂直整合能力,擁有自己的量子晶片代工廠 Fab-1³。
  • D-Wave Systems: 總部位於加拿大,以其商業化的量子退火計算機而聞名,這些計算機使用超導量子位元來解決優化問題。近年來,D-Wave 也在開發通用的門模型量子計算機⁹⁴。他們提供 Leap 雲服務平台訪問其系統⁹⁴。
  • SpinQ: 如前所述,SpinQ不僅提供零部件和代工服務,也提供完整的工業級超導量子計算機系統和面向教育市場的便攜式 NMR 量子計算機¹。他們也運營自己的量子計算雲平台⁹⁶。
  • Oxford Quantum Circuits (OQC): 總部位於英國,基於超導電路構建量子計算機,並推出了英國首個量子計算即服務(QCaaS)平台,面向企業客戶⁶。
  • Anyon Systems: 總部位於加拿大,提供從超導QPU、控制電子到低溫系統的完整垂直硬件堆疊解決方案,主要面向 NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum)時代的研發客戶。
  • Alice & Bob: 總部位於法國,專注於開發基於一種稱為“貓態量子位元(cat qubits)”的特殊超導量子位元技術,旨在實現內稟的錯誤抑制,構建容錯量子計算機⁵⁰⁹。
  • Atlantic Quantum: 總部位於美國,由MIT和 Harvard 的研究人員創立,專注於開發基於 Fluxonium 量子位元的容錯量子計算機,利用Fluxonium 的長相干時間優勢⁹⁴。

B.提供特定技術解決方案的公司/機構

除了完整的系統集成商,還有大量公司和機構專注於提供構成量子計算機的特定關鍵技術或服務:

• 控制系統供應商: Quantum Machines, Qblox, Zurich Instruments, SpinQ等,提供專用的硬件和軟件來控制和讀取量子位元(詳見 Section II.C)。
• 低溫系統供應商: Bluefors, Oxford Instruments NanoScience, ULVAC, Maybell Quantum等,提供核心的稀釋製冷機和相關低溫設備(詳見 Section II.B)。
• 線纜與接頭供應商: Delft Circuits, Rosenberger, Amphenol Aerospace, Martec, Quantum Microwave等,提供用於連接低溫系統的特殊線纜和接頭(詳見 Section III.D)。
• 量子晶片代工服務: SpinQ, QuantWare, Rigetti Computing, SkyWater Technology, SEEQC等,為沒有內部製造能力的機構提供量子晶片製造服務(詳見Section V.A)。
• 軟件、算法與雲平台提供商: 除了上述硬件公司提供的配套軟件和雲平台外,還有獨立的雲服務提供商,如Amazon Web Services (AWS)的Braket平台⁴ 和 Microsoft 的 Azure Quantum 平台³。這些平台通常聚合了來自不同硬件供應商(包括超導、離子阱、光量子等)的量子計算資源,提供統一的訪問接口。NVIDIA也通過其 cuQuantum庫、CUDA-Q編程模型和 Quantum Cloud 平台,在量子計算軟件和模擬加速方面扮演重要角色⁶⁰。此外,還有許多專注於量子算法開發、應用軟件或諮詢服務的初創公司,如Agnostiq¹⁰⁶, Anaqor¹⁰⁶, Algorithmiq¹⁰⁶等。
• 研究機構與大學實驗室: 全球眾多的頂尖大學和國家實驗室在超導量子計算的基礎研究和前沿技術開發中發揮著關鍵作用。例如,台灣的中央研究院(Academia Sinica)物理研究所正在利用台灣在半導體和ICT產業的優勢,自主研發超導量子位元晶片和系統。日本的AIST³⁷、美國的LBNL (AQT項目)⁴⁹和 NIST⁵⁸ 等機構也在推動相關技術的發展。這些機構的研究成果往往是商業公司技術創新的源頭。

C.發展趨勢分析

觀察當前的整合系統與解決方案提供商格局,可以發現兩個主要趨勢。其一,市場呈現出全堆疊解決方案與專業化組件並存的模式。一方面,像IBM和 Google 這樣的行業巨頭,憑藉其深厚的技術積累和龐大的資源,傾向於提供從硬件、軟件到雲服務的端到端、全堆疊解決方案。他們旨在構建一個完整的生態系統,掌控核心技術和用戶體驗。另一方面,大量的初創公司和專業公司則選擇專注於量子計算硬件堆棧的某個特定層面或技術點。例如,有的公司專注於特定類型的量子位元(如Alice & Bob 的貓態量子位元¹⁰⁶,Atlantic Quantum 的Fluxonium¹⁰⁴),有的專注於控制系統(如 Quantum Machines⁵⁰, Qblox⁴⁸),有的專注於低溫線纜(如Delft Circuits⁶⁹)。這種專業化使得它們能夠在特定領域實現技術突破和深度優化。這種雙軌並行的發展模式為用戶提供了多樣化的選擇:既可以選擇大型供應商提供的集成平台,也可以根據自身需求,從不同的專業供應商處選擇最佳組件來搭建系統。

其二,對於絕大多數潛在用戶而言,雲計算已成為訪問量子計算資源最主要、最實用的途徑。購置和運行一台本地的超導量子計算機成本極其高昂,不僅涉及數百萬美元的硬件購置費用(尤其是稀釋製冷機³³),還需要專業的基礎設施(如屏蔽實驗室、氦氣處理系統)和運維團隊⁹⁶。相比之下,雲平台(如AWS Braket, Azure Quantum, IBM Quantum Experience, SpinQ Cloud等)提供了一種更為便捷和經濟的模式⁴。用戶可以通過互聯網遠程訪問部署在雲端的真實量子計算機,通常採用按需付費或訂閱模式¹⁰⁴。這大大降低了企業、研究機構和教育者進行量子計算實驗、開發量子算法和培養人才的門檻⁹⁶。此外,雲平台通常還聚合了來自不同技術路線(超導、離子阱、光量子、量子退火等)的硬件資源,使用戶能夠在統一的接口下比較和使用不同的量子計算機。

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