1月22日，Xanadu宣布推出世界上第一台可扩展、网络化和模块化的量子计算机——Aurora，同时，其研究成果以“Scaling and networking a modular photonic quantum computer”（模块化光量子计算机的扩展和联网）为题发表于《Nature》。
Aurora这台12量子比特的通用光量子计算机由四个模块化、独立的服务器机架通过光子互连并联网，由35个光子芯片和13公里长的光纤组成，创下量子计算领域的世界第一。
Xanadu创始人兼首席执行官Christian Weedbrook表示“业界面临的两大挑战是提高量子计算机的性能（纠错和容错）和可扩展性（网络）。Xanadu现在已经解决了可扩展性问题，光子学确实是计算和网络的最佳和最自然的方式。原则上，我们现在可以扩展到数千个服务器机架和数百万个量子比特，但首先我们将专注于减少损失和容错的性能。”
Xanadu研究团队精心选择了这些词语来反映这台光量子计算机架构的三个主要且密切相关的方面，Aurora可以大大降低这些方面的风险：可扩展性、联网性和模块化。
而且，Aurora的构建是几乎整个Xanadu硬件和架构团队一年专注努力的成果，代表了Xanadu在光子芯片设计、封装、电子以及系统设计和集成方面多年创新的融合。
光量子计算机冲锋人Xanadu的“那些年”
关于这家公司，我们要追溯到2016年，量子物理学家Christian Weedbrook在加拿大多伦多创立成立了Xanadu，直到今天，这家公司所取得的成绩都有迹可循的。
在他们官网的新闻编辑室页面可以看到关于过往所取得技术突破、建立重要合作的新闻，第一条是“2018年4月19日，新工业项目助力打造世界上第一台实用量子计算机”。
同年年底，“发布首款量子计算机专用机器学习软件PennyLane”，PennyLane作为一种免费开源软件，可以与该领域最大参与者目前可用的API和量子硬件无缝集成，使世界各地的程序员、研究人员和爱好者都能够参与到量子机器学习的前沿领域，这也是人工智能的重大进步。
到了2019年的时候，Xanadu入选加拿大最值得关注的11家科技公司，并“完成3200万美元A轮融资”和“获得DARPA”资助。
这一年，Xanadu的资金状况明显提升，当然，技术研发脚步也未停下。
研发资金的增加拉动了技术，2020年9月，Xanadu连发7篇稿件，其中有“Xanadu发布全球首款云端光量子计算机”“Xanadu推出量子云平台，计划每6个月将量子比特数翻一番”“上线光量子云平台Xanadu Quantum Cloud”“推出首台可在室温下运行的量子计算机”。
创始人兼CEO Weedbrook当时就光量子云平台表示，“我们相信每六个月就能将云系统中的量子比特数量翻一番”。
这一年，Xanadu光量子计算机研发进度飞速。
Xanadu带着迅猛的研发势头走向未来，5月的时候获得Bessemer1.2亿加元投资以打造光量子计算机、完成1亿美元B轮融资并开始打造容错光量子计算机，2022年6月时完成1亿美元C轮融资。
而且，Xanadu还在2022年6月迎来了高光时刻，推出首台具有量子计算优势的公共云部署计算机，这是一台可编程的光量子计算机，具有216个压缩态量子比特，在特定任务上的表现超越了最好的传统超级计算机，可通过Xanadu Cloud和Amazon Braket供世界各地的人们使用。
这既是光量子计算技术的一个重要突破，也证明了Xanadu在量子计算领域的领先地位。
从2021年到2024年期间，公司国内外的合作伙伴数量骤增，涉及领域广泛，医药、金融、材料、汽车以及同领域其他公司等均有涉及，合作伙伴类型涵盖了企业、大学和加拿大国家研究委员会这类机构组织，比如2022年1月获得加拿大国家研究委员会合同以开发新型探测器、2022年3月与英伟达合作加速量子计算研发、2022年10月与大众集团建立建立电池材料量子模拟程序。
其中，2023年和2024年时，Xanadu收获了许多来自世界各大学的合作关系，有“与韩国科学技术信息研究所（KISTI）合作创建韩国首个量子-经典混合计算基础设施”“与哈马德·本·哈利法大学（HBKU）合作在卡塔尔培养量子劳动力”“与多伦多大学等合作开展变革性智能电网项目”等等很多。
2024年4月时加入芝加哥量子交易所。
再到昨天，2025开年喜讯，推出Aurora——世界上第一台可扩展、网络化和模块化的量子计算机。
在过去有限的几年时间里，Xanadu在量子计算领域创造了多项“第一”：
全球首个光量子计算云服务、首个实现量子优越性的光量子处理器，以及首个广泛使用的开源量子机器学习框架PennyLane，量子计算机也在各项合作中从实验室走向了商业化市场。
量子计算五年变迁：从含噪中等规模到纠错容错的突破之路
在过去的5年里，量子计算开发工作的重点发生了翻天覆地的变化。
尽管所有平台上可用的硬件仍牢牢植根于含噪中等规模量子时代，在性能和规模上都远远不能满足高价值应用（如因子分解和材料或化学的量子模拟）的需求，但人们对利用此类含噪中等规模量子机器在短期内获取效用的兴趣已经逐渐减弱。
恰恰相反的是，研究已转向推进支持纠错和容错的硬件的状态算法需要数百万个门应用于数百个逻辑量子比特，从近期的应用实施策略撤退是有保证的，以实现对资源的更深投资，进而推进可扩展性和物理量子比特级错误率。
物理上实现一台量子计算机的挑战在于两个紧要障碍：一是要获得足以产生低于容错阈值的物理量子比特错误率的组件性能，二是要能够将系统扩展到更大的数量。
以最近对量子比特的有希望的资源估计，缩放是至关重要的，不仅要提供足够的量子比特给满足有用算法的需求，而且要适应将逻辑错误率抑制到所讨论的算法可容忍的水平所需的物理到逻辑量子比特开销（即，编码速率）。
后者可以使用更高速率的量子低密度奇偶校验（LDPC）码来缓解，但这仍然是一个重大挑战。
目前为止，基于不同物理衬底的多种策略都没有克服这些障碍，尽管在许多量子位模式上取得了重大进展。
超导量子比特已经在随机采样问题中展示了计算优势，并且已经被实验表明，可以在这些机器中实现纠错码，以通过增加码距来抑制错误率。
中性原子和离子阱为基础的平台证明了逻辑门的实现与亚阈值操作的令人信服的证据。
在基于光子学的平台内，机器托管了基于采样的量子计算优势，尽管它们遭受高光子损失和其他噪音源，使它们容易受到经典模拟以及各种可编程量子信息的影响处理任务。
光量子计算新突破：Xanadu展示基于GKP码的容错架构与Aurora原型机验证
理论方法
Xanadu团队提出的光量子计算架构基于光学Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）码，这是一种将量子比特编码在连续变量中的方案。GKP码通过在光学模式中引入离散的量子态，实现了对量子比特的容错操作。该架构的核心在于利用线性光学元件（如分束器和相位移器）和确定性的量子门操作，实现量子比特的纠缠和逻辑操作。
具体而言，架构分为三个主要阶段：
首先，通过高斯玻色采样（GBS）设备生成预报初始非高斯态，非高斯态是光子数分辨（PNR）探测器检测特定模式的光子数所触发的。
其次，这些非高斯态被送入“精炼器”（refinery），通过多路复用和繁殖操作，生成高质量的GKP态；精炼器利用自适应分束器和零差检测器，将多个输入态选择性地合并，生成纠缠的GKP贝尔对。
最后，这些贝尔对被送入量子处理单元（QPU），通过静态分束器和零差检测器，将它们编织成时空簇态。通过在每个时间步长对簇态的每个节点进行测量，并将测量结果反馈到经典解码器，系统能够实时调整后续测量的基，从而实现容错量子计算。
此外，该架构还引入了基于解码器的改进，降低了量子纠错的阈值要求。优化GKP态的生成和簇态的编织后，该架构在容忍光子损耗方面表现出色，为实现大规模光量子计算奠定了理论基础。
实验方法
Xanadu团队为了验证提出的光量子计算架构的可行性，构建了一个名为Aurora的光量子计算原型机。Aurora由多个模块化组件构成，包括光源、精炼器、量子处理单元（QPU）和光纤延迟线。
光源模块由42个GBS单元组成，每个单元包含两个压缩器，能够生成高斯态和非高斯态。这些态通过光纤传输到精炼器模块，精炼器又由6个基于薄膜锂铌酸盐的光子集成电路（PIC）组成，每个PIC包含一个二叉树结构的自适应分束器网络。通过光子数分辨探测器的触发信号，精炼器选择最佳的输入态，繁殖操作生成GKP贝尔对。
生成的贝尔对随后被送入QPU模块，QPU由5个基于硅光子芯片的单元组成，每个单元能够处理12个量子模式。通过静态分束器和零差检测器，QPU将贝尔对编织成簇态，并在每个时间步长对簇态的每个节点进行测量。
测量结果用光纤传输到经典解码器，解码器根据测量结果实时调整后续测量的基。
整个系统通过链接光纤延迟线模块来稳定光纤中的相位和偏振，确保量子态在不同模块之间的正确传输。
Aurora的实验验证了光量子计算架构的关键功能，包括非高斯态的合成、贝尔对的生成、簇态的繁殖以及实时反馈操作。尽管当前硬件仍存在较高的光子损耗，但实验结果表明，通过优化硬件性能和架构设计，光量子计算有望实现容错操作。
图：包括损耗路径P1、P2、P3和P4的架构布局。
图：一个大节点簇态的合成与测量。
其研究结果表明，当今的光子芯片制造，经典的控制电子和光纤网络的技术背景，使可行的任务模块化和扩展一个现实的光子架构的容错量子计算。
此外，量子光学理论基础现在已经发展得足够好，可以彻底优化基于GKP的光学架构，以找到最有效的硬件和容忍物理缺陷的架构。
Xanadu又发现新目标
关于这次研究的结果，Xanadu团队在欣喜之外，也发现了新的目标，并在公司官网公开表示，
“这项研究为我们提供了明确的任务，即如何提高组件的性能以达到容错阈值。Aurora中使用的芯片基于商用制造平台，这些平台并未针对此应用进行专门优化。与此同时，我们一直在与我们的代工厂合作伙伴合作开发定制制造工艺，以满足容错操作的严格性能要求。这项任务现在是Xanadu硬件和架构团队的唯一关注点，在赢得这场损失之战方面已经取得了许多令人兴奋的进展。”
不断追求新突破是每个研发人员的追求，创始人Christian Weedbrook曾经也说：“我们的愿景是通过量子技术改变世界。从量子计算到量子通信，我们致力于推动量子技术的普及和商业化，为未来的科技发展奠定基础。”
而Weedbrook又是加拿大量子工业部（QIC）的董事会成员，可以更好地了解加拿大政府的量子相关政策导向和资源分配情况，进而为Xanadu争取更多的支持和合作机会。凭借他在量子领域的行业影响力，带领Xanadu在量子计算技术研发和商业化方面取得领先地位也是值得期待的事情。
Xanadu除了直接受到加拿大政府的量子项目资助外，还是加拿大科学研究和实验开发（SR&ED）税收抵免计划的主要受益者；反过来看，公司也通过各种项目与合作为加拿大培养更多的量子科技人才，比如PennyLane软件项目。
看来，在不断突破又发现新目标的过程中，Weedbrook的愿景正逐渐成为现实景象。
Xanadu这次的成功证明光量子计算技术具有巨大潜力，为量子计算的未来提供了新的方向。
[4]https://www.xanadu.ai/press