非相干 NoC 使量子计算成为可能

人工智能（AI）持续吸引着全球目光，除非人们的注意力被战争、政府机构的攻击，或是 “如何用更贵的汽油代替电动车” 这类话题所转移。但别被表象迷惑：量子计算才是技术真正的发展方向。

AI 固然会提供助力，但小芯片（chiplet）架构的进步，最终将让 AI 能够监控并稳定量子计算机，使其比传统计算机运行更快、效率更高。

金刚石量子计算

IBM 的 Q System One 是一款 20 量子比特的传输子量子处理器（图 1）。这套制冷超导系统确实可以运行，然而和许多同类产品一样，它体积庞大，需要大量配套基础设施。这在数据中心里问题不大，但想要把量子计算普及到大众层面就不太现实了。

1.IBM 的 Q System One 这款量子计算机采用了基于超导技术的量子比特。

基于金刚石的量子比特等重大突破，大幅减小了设备体积与配套设施需求。QuTech 的工程师已展示出基于金刚石的量子门，其错误概率低于 0.1%。错误概率问题至关重要。

稳定量子计算机

“量子纠错（QEC）用于保护量子信息，避免因退相干和其他量子噪声源引发错误。” 量子计算机的量子比特会快速从稳定态变为不稳定态，这是不希望出现的情况。在金刚石量子比特出现之前，制冷是关键手段。麻省理工学院等高校长期以来一直在研究这一难题。

量子纠错的支持可以从 AI 加速中获益。例如，Acme 后量子计算机公司（APQCC）正在开发基于小芯片的量子纠错系统，用于支持金刚石量子计算机，未来有望实现内置量子计算机的智能手机及其他移动设备（图 2）。

2. 移动设备未来某天或许会集成量子计算功能。

量子纠错与非相干片上网络

相干片上网络（NoC）是连接裸片上各个模块的方式之一，也用于小芯片之间的裸片对裸片通信。相干 NoC 允许多个计算引擎（包括 CPU、GPU、NPU）大规模共享内存。

非相干片上网络（INoC）通过提供 “非稳定通信” 来配合量子纠错应对系统不稳定性，让量子纠错能更好地处理不稳定的量子比特。一组小芯片阵列可以为金刚石量子比特阵列实现量子纠错，而量子比特本身也可以做成小芯片形式，从而支持传统 3D 封装。非相干 NoC 让紧凑型量子计算走向实用。

4 月 1 日，APQCC 发布了首款基于非相干 NoC 的小芯片解决方案，可支持 4096 量子比特芯片。对于智能手机来说价格依然偏高，但考虑到市场关注度与需求，这项技术很可能会不断小型化 —— 就像 NVIDIA 那些最初用于超大型数据中心的 AI 芯片，最终被缩小并装进手机一样。

搭载 APQCC 非相干 NoC 技术的金刚石量子比特量子计算机走进大众口袋或许还需要一段时间，但这绝对是个有趣技术方向。