晶片量子電腦重大突破：經《Nature Electronics》同行評審研究驗證

紐約州 Elmsford--(美國商業資訊)-- SEEQC 今日宣布，在可擴展晶片量子電腦的研發上取得重大突破，其研究成果已發表於同行評審期刊《Nature Electronics》。論文報導了首個採用數位超導邏輯控制量子位元晶片的量子運算系統，該晶片並能在與量子位元相同的毫開爾文 （millikelvin）低溫環境中穩定運作。

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研究詳述了 SEEQC 開發的一種新型「主動式」量子處理器的實驗成果，該處理器將超導數位控制電路直接整合至量子晶片中。透過證明數位邏輯能在毫克耳文溫度下與量子位元協同運作，此研究回應了超導量子運算架構在擴展過程中的一項關鍵系統層級挑戰。

SEEQC 技術長暨研究通訊作者 Shu-Jen Han (漢述仁)博士表示：「量子運算的進展，過去多集中在提升單一量子位元的性能。我們的成果顯示了數位量子位元控制邏輯可以在毫克耳文溫度下與量子位元本身共同運作。透過將超導數位控制整合至量子處理器，我們為量子系統的設計與擴展開啟了一條更類似現代積體電路的發展道路。」

從大型設備到晶片化量子電腦

目前的超導量子電腦仍依賴室溫電子設備透過數千條獨立控制線連接至超低溫的量子位元。隨著系統規模擴大，這種架構會導致連線密度增加、熱負載上升、工程複雜度提高、實體體積擴大，以及能耗增加。

相較之下，SEEQC 的架構透過晶片對晶片鍵合技術，在低溫環境下將超導數位量子位元控制電子元件直接整合至量子晶片中。藉由數位去多工(demultiplexing)技術，複數量子位元可以共用控制通道進行操作，大幅減少了過去「每個量子位元一條控制線」的需求，並緩解了以往系統設計中線路數量隨位元數線性增長的限制。

由於超導量子處理器必須在接近絕對零度的環境下運作，傳統的室溫控制系統會帶來熱量增加與工程複雜度提升，本質上限制系統規模。透過將數位控制移入低溫環境，SEEQC 的方法降低了連線密度、減少熱負載，並簡化了系統整合——這些都是將量子運算從實驗室原型推向資料中心級系統的關鍵需求。

經同行審查驗證的可擴展架構

發表於《Nature Electronics》的同行評審研究結果，驗證了一個全整合式量子處理器。此一里程碑支持 SEEQC 長期以來將量子電腦打造為晶片化系統的策略，即在同一低溫平台中整合量子與經典運算功能。

透過證明超導數位邏輯能在毫克耳文溫度環境中與量子位元共存並穩定運作，SEEQC 提供了支援可擴展且高能效量子運算基礎架構的實驗證據。

SEEQC認為，此項進展標誌著量子電腦邁向製造可行性、整合密度與系統規範的設計方向發展，這些正是奠定過去經典半導體運算演進的基礎。

系統運作方式與研究重點

在《Nature Electronics》研究中，SEEQC 研究人員建構並測試了一個五量子位元的超導量子處理器，並將之與一個包含數位超導邏輯的控制晶片整合運作。兩顆晶片被堆疊成單一模組，並在 10 毫開爾文下運作。

不同於在室溫產生控制訊號並透過獨立導線傳輸的方式，該系統使用單磁通量子（Single Flux Quantum, SFQ）數位脈衝在本地產生控制訊號，這是一種適用於低溫環境且功耗極低的超導技術。研究人員進行標準量子基準測試，以評估量子閘保真度、訊號串擾、功耗與熱影響，結果顯示數位量子位元控制電路能在相同低溫環境中運作，而不會降低量子位元的性能。

根據該研究論文，這套系統展現了以下特性：

  • 在毫克耳文溫度下，透過 SFQ 數位脈衝控制量子位元電荷
  • 結合數位去多工技術的多量子位元操作
  • 單量子位元閘保真度超過 99.5%，最高可達 99.9% 以上
  • 未檢測到會降低量子位元相干性的準粒子污染
  • 極低控制功耗，每個量子位元僅為奈瓦（nanowatt）等級
  • 相較於傳統室溫與 cryo-CMOS 控制系統，配線需求與熱負載顯著降低

Han 博士補充道：「這篇論文驗證了數位電荷控制能在毫克耳文溫度下運作，這是一個基礎性的重要步驟。我們下一階段的目標，包括將數位磁通控制與數位量子位元讀取直接整合於晶片上，實現更完整且可擴展的量子系統架構。」

對可擴展量子運算的影響

近年來，許多量子運算的突破主要集中於提升單一量子位元的性能，而本研究則著重於大型系統所需的整體架構。超導量子位元需要在毫克耳文溫度下運作，而將其擴展到數百甚至數千個量子位元，受到從室溫將控制訊號傳入低溫環境的布線複雜度限制。

透過證明數位控制電路可在毫克耳文溫度下運作，並能在本地進行訊號多工，此研究建立了一條通往更大型、更高整合度量子處理器的實用架構路徑。降低配線密度、熱負載與系統額外負擔，對於將量子電腦從實驗室原型推向可製造、可重複使用的平台至關重要。

引用

Jordan, C., Bernhardt, J., Rahamim, J. et al. 受毫開爾文超導數位電路控制之量子電腦（A quantum computer controlled by superconducting digital electronics at millikelvin temperature）。Nat Electron (2026)。https://doi.org/10.1038/s41928-026-01576-6

關於本論文

本研究標題為「A Quantum Computer Controlled by Superconducting Digital Electronics at Millikelvin Temperature」（受毫開爾文超導數位電路控制之量子電腦），發表於《Nature Electronics》，內容報告了一套整合數位超導控制電子的五量子位元量子處理器之實驗成果。

關於 SEEQC

SEEQC 致力於打造「量子電腦晶片化」的核心技術。SEEQC 的數位晶片技術旨在使量子系統具備可擴充性、能源效率與商業可行性。該公司在美國與歐洲設有先進的晶片開發及製造設施。SEEQC 超過四分之三的員工擁有博士學位，專攻物理、電機工程、材料科學、計算機科學及相關領域。