做 CPO 的那条硅光线,现在开始产量子计算机芯片了

6 月 17 日,澳大利亚昆士兰一块旧造纸厂的地块上,PsiQuantum为它的「实用级」量子计算机破了土。这条新闻挂在量子计算的标题里,大多在算它将来有多少量子比特、能不能跑通一台「有用的」量子机。这些都值得问。不过对做光电的人来说,更值得停一下的是另一个被一带而过的细节。撑起这台机器的几万片芯片,是硅光芯片;它们流片的那条线,正是给数据中心做硅光的那一类代工线。

换句话说,光子量子计算这次没有另起炉灶,而是接到了硅光已经铺好的产线上。一年多来我们围着 CPO 反复写到的那些环节,包括硅光晶圆、波导工艺、晶圆级测试、光纤耦合、电光材料,又一次被点了名,只是这回的客户从数据中心换成了量子计算机。硅光,开始有了第二个独立的大需求方。这是本文想说的那条坐标线。

破土现场:把「曾经填满一个房间」的东西,做成接近机柜的形态

动工地点在布里斯班以北的 Moreton Bay Central(Petrie),一处旧造纸厂用地。项目最初选在布里斯班机场,后来迁了过来;背后是澳大利亚联邦与昆士兰州政府合计约 9.4 亿澳元(约 6.2 亿美元)的支持,以股权、贷款和信用支持等形式给出,两级政府各出约一半。多个口径仍指向 2027 年前后投入运行,这个时间表相当激进。

它的目标是做一台带纠错、规模到百万量子比特量级的机器。百万说的是物理量子比特,而容错纠错要用一大堆物理比特去稳住一个能用的逻辑比特,所以纠错之后真正能调用的逻辑比特,会远少于物理比特数。后文还会出现「机房容纳数万片光子芯片」的说法,那是物理芯片的片数,同样不是数万个逻辑量子比特。芯片数、物理比特数、逻辑比特数,三个量级不能混着用。这台机器现在是在建工地,不是开机即用。

它的制冷方式值得一提。一提量子计算机,很多人想到的是那种把芯片冷到接近绝对零度、毫开尔文量级的悬挂式稀释制冷机。PsiQuantum 这条路线不需要冷到那么低。芯片工作在 2 到 4 开尔文,比超导量子比特那种要冷到毫开尔文的体系暖上一两个数量级,配套的工业级低温设备由 Linde Engineering 供货。形态上,它不再是实验室里精密吊装的那套系统,而更接近一排数据中心机柜。这股「工程化、可量产」的气质,恰恰是它能接到半导体产线上的前提。

Omega:一块硅光芯片上,装了量子计算需要的三层器件

把这台机器拆到芯片层,主角是 PsiQuantum 在 2025 年初发布的 Omega 芯片组。先看它的制造位置。Omega 跑在GlobalFoundries的 300mm 商用半导体代工线上,用的是 GF 的 Fotonix 45 纳米硅光平台。这不是 PsiQuantum 自建的晶圆厂,而是把一条已经在跑消费电子和数据中心芯片的产线,用来做量子光子芯片。PsiQuantum 自己持有的是设计、系统集成,以及一项关键的电光材料工艺,不是一座 fab。

Omega 把光子量子计算需要的器件,集成到了同一块硅光芯片上。按「生成、探测、路由」三层来看,正好对应三类器件。

图:Omega 芯片组的器件布局:单光子源(生成)、光子探测器/超导纳米线探测器(探测)、BTO 光开关(路由),加分束器、波导等,集成在同一块硅光芯片上。图源:PsiQuantum 官网。

生成层是单光子源。量子比特的载体是单个光子,单光子源负责在片上把这些光子稳定地产生出来,这是整套方案的起点。

探测层是超导纳米线单光子探测器(SNSPD)。要可靠地「数」出单个光子,普通探测器灵敏度不够,得用超导纳米线,靠超导态的瞬时跳变把光子读出来。它必须处于超导态才能工作,这正是前面那台机器要冷到 2 到 4 开尔文的主要原因。低温的工程牵引很大程度上不在量子比特本身,而在于让这些探测器能干活。

路由层是钛酸钡(BTO)电光光开关。光子在芯片里要被切换、导向不同路径,靠的就是 BTO 这种高速、低损耗的电光材料做的开关。这层有个容易记混的细节。BTO 是 PsiQuantum 自研并定制集成的量子专属工艺模块,叠在 GF 提供的那块 45 纳米硅光平台之上。底层的通用硅光平台来自代工厂,上面这层电光材料是 PsiQuantum 自己加的。

把这三层放在一起,真正要记住的是一件事:量子计算需要的光子生成、探测、路由,已经被装进了商用硅光的制造框架里。PsiQuantum 已在数千片晶圆上表征过数百万个器件,芯片之间直接用标准电信光纤互连、实测互连保真度约 99.72%。这些都是「半导体工艺级」而非「实验室样品级」的信号,也是它敢去破土盖楼的底气。

第二条需求曲线:光互连和量子计算,开始共用同一套硅光底座

Omega 这条线和做通用光模块的产线不会完全一样:它集成了 BTO 这种特殊电光材料,配了超导探测器,还要做低温测试。这些是量子专属的模块,CPO 光引擎用不上。GlobalFoundries 自己也在 2026 年 5 月把量子单列了出来,推出 Quantum Technology Solutions,专门扩展量子制造能力,并点名了与 PsiQuantum 的合作。所以「量子和数据中心在抢同一条产线、同一批排产」,目前更准确的说法是一个趋势性推断,而不是已经坐实的事实。

图:同一块 GF Fotonix 45 纳米硅光底座(共用代工/封装/材料),左边接 CPO 光引擎,右边接 Omega 量子芯片;单光子源、SNSPD、BTO 这层量子专属器件叠在底座之上,数据中心用不上。

但把范围放宽一层,共用的基础是实打实的。Omega 调用的,仍是硅光最核心的那块基础平台:GF Fotonix 的 45 纳米硅光工艺、硅与氮化硅波导的制造、晶圆级光学测试、先进封装。这套平台正是 GF 用来做数据中心硅光的同一个平台。在 GF 自己的硅光页面上,Fotonix 被明确摆在可插拔光模块、NPO、CPO、数据中心架构这些场景下(GF 自家的 CPO 方案 SCALE 就跑在它上面),同一页里如今也写上了量子计算。换句话说,过去这块平台主要面向数据中心这一类需求,现在多了一个性质完全不同的需求方。PsiQuantum 拿它来做量子芯片。

这意味着两者会落到同一批基础能力上。硅光代工的产能槽位、核心设备的机时、能把光子器件做进 CMOS 工艺的那批工程师,都会被纳入这套需求关系。资源的总池子有限,量子用得多,留给其它需求的就会相应紧张一些。更值得注意的是反向牵引。量子这个新需求方在替整个硅光「能力簇」分摊一部分工艺迭代的成本。它的有些诉求是专属的(超导探测、低温封装),数据中心用不上;但 BTO 这类高性能电光材料、晶圆级光学测试和先进封装是两边共享的,恰好也是数据中心光互连往更高速率走时会越来越倚重的能力。

全产业上,最直接受益的是两边共用的那几块:硅光代工、电光材料、晶圆级测试、先进封装;最该跟踪的信号,是这些做量子的公司会不会一直用商用硅光代工,还是有朝一日自建专用线;这条关联会失效,是在量子计算整体改走非硅光路线的时候。

顺着这条线,国内有一个绕不开的设问。当 PsiQuantum 在 GF 的 45 纳米硅光平台上一遍遍打磨它的百万比特机器时,国内有志于硅光量子的后来者,手边有没有第二条同等成熟、同样开放的商用硅光代工线可用?这个问题,可能比「哪台量子机先开机」更贴近产业的现实。

同路不同温,以及它和「量子互联网」不是一回事

最后做两点厘清,免得这篇被归错类。

它和我们此前写过的量子通信不在一个层面。Cisco 那台「通用量子开关」,或者更早的 Q-Chip,做的是量子计算机之间的网络层,传量子态、不读量子态;PsiQuantum 这台是量子计算机本体,是「算」的那一层。硅光在两处的角色不同:在量子互联网里它是网络节点,在这里它是整台计算机的物理底座。

光子量子计算内部也不止一条路。PsiQuantum 依赖超导探测,要 2 到 4 开尔文制冷;我们写过的 Xanadu 则走室温光子路线(详见光子公司正在经历资本大年)。一冷一温,工程取舍很不一样,但两家的核心都落在同一件事上,硅光芯片的集成度和可量产性。

把这两点厘清,这篇的落点就清楚了。CPO 已经在证明硅光能扛住数据中心的带宽;PsiQuantum 这条线,则在证明硅光有机会成为量子计算的制造底座。一块底座,左边接 CPO 光引擎,右边接 Omega 芯片,中间共用着代工、封装和电光材料。这给「硅光是不是一项通用平台技术」补上了一个来自完全不同方向的肯定答案。真正值得盯的是这些新需求会不会一直落在商用硅光代工上。哪台量子机率先开机,反而不是这篇文章最想追的信号。只要还落,硅光的上游就多了一条与数据中心并行、各自独立波动的需求线。


(科技责编:拓荒牛 )