量子计算芯片最新(xīn)动态

2020-03-12

英特尔推出了一种针对量子计算的新(xīn)硬件解决方案：Horse Ridge是第一个低温控制处理(lǐ)器，旨在加速全栈量子计算系统的开发。

量子计算机有(yǒu)望解决传统计算解决方案无法解决的问题。基本技术是量子物(wù)理(lǐ)學(xué)。由于量子位可(kě)以同时以多(duō)种状态存在，因此可(kě)以用(yòng)于同时进行多(duō)种计算，从而大大加快了解决复杂问题的速度。

在量子计算发展的开始，科(kē)學(xué)家专注于量子位的实现。如果我们想象一下像硬币一样的比特，一旦被抛弃就可(kě)以显示其值為(wèi)1或0的面，那么一个qubit就是一个像陀螺一样旋转的硬币-允许它同时具有(yǒu)更多(duō)的值-直到停止读取為(wèi)止测量值。英特尔和其他(tā)一些组织正在追求可(kě)测量電(diàn)子自旋特性的硅量子处理(lǐ)器。

量子计算机可(kě)以同时执行多(duō)个计算，但是这样做会产生过多(duō)的热量。因此，為(wèi)了有(yǒu)效，它们必须在接近绝对零度（即非常接近–273.15°C）下工作。

这些设备通常是定制设计的，往往需要数百根进出低温冰箱的電(diàn)缆来控制量子处理(lǐ)器，从而使许多(duō)量子计算系统看起来像是奇怪的蒸汽朋克机，電(diàn)缆从四面八方弹出，如下图：

研究人员在疯狂地制造量子计算机。在通过测试和表征进行量子硬件开发的早期，英特尔确定了实现商(shāng)业规模量子处理(lǐ)的重大瓶颈：互连和控制電(diàn)子设备。

Horse Ridge是与俄勒冈州最寒冷的地區(qū)之一（英特尔在其中开展业務(wù)最普遍的地區(qū)之一）一起命名的，它是由TU Delft和荷兰应用(yòng)科(kē)學(xué)研究组织（TNO）合作建立的QuTech研究人员共同开发的。在创建量子计算机的竞赛中，许多(duō)人都将重点放在硅的实现上，这在很(hěn)大程度上是因為(wèi)可(kě)以使用(yòng)通用(yòng)的CMOS硅工艺来制造硅量子计算机。Horse Ridge采用(yòng)英特尔的22纳米FinFET工艺制造。这将大大提高英特尔设计，测试和优化商(shāng)用(yòng)量子计算机的能(néng)力。

英特尔量子硬件总监吉姆·克拉克（Jim Clarke）解释说，直到现在，量子比特本身还是受到了很(hěn)大的重视，但是主要挑战之一是同时控制多(duō)个量子比特。英特尔的新(xīn)芯片简化了量子计算机的设计和尺寸。

Horse Ridge是高度集成的混合信号片上系统（SoC），可(kě)降低量子控制工程的复杂性。用(yòng)与基本量子位操作相对应的指令进行编程。SoC将这些指令转换為(wèi)電(diàn)磁微波脉冲，可(kě)以控制量子位的状态。

量子计算机在毫开尔文(wén)范围内工作，该范围仅比绝对零高出一个度数。硅自旋量子位的性质使其可(kě)以在1开尔文(wén)或更高的温度下运行，这将大大减少量子技术的冷却挑战。

英特尔旨在确保低温控制器和量子位主轴在相同的温度水平下运行，以创建更高级，更紧凑的解决方案。通过简化多(duō)个量子位的控制，Horse Ridge帮助定义了扩展更复杂系统的途径。英特尔预计，结果将是易于操作的量子计算机，这也将使该公司能(néng)够利用(yòng)其在高级封装和互连技术方面的专业知识。

英特尔在研发方面的投资可(kě)确保开发高效且商(shāng)业上可(kě)行的量子系统的完整硬件和软件基础。有(yǒu)必要强调小(xiǎo)规模量子系统的重要性，以证明量子位的绝对潜力。英特尔在马岭（Horse Ridge）开发了可(kě)扩展的控制系统，该系统可(kě)以加快测试速度和量子计算的潜力。