Intel研究院宣布推出代號為“Horse Ridge”的首款低溫控制芯片，實現(xiàn)了對多個量子位的控制，可加快全棧量子計算系統(tǒng)的開發(fā)步伐，堪稱量子實用性道路上的一個重要里程碑。

Horse Ridge 由 Intel 和 QuTech(QuTech 為 荷蘭國家應用科學院與 荷蘭代爾夫特工業(yè)大學聯(lián)合創(chuàng)立的量子研究中心)共同打造;采用的是Intel 22 納米 FinFET 技術。

作為首款低溫控制芯片，Horse Ridge 能夠在大約 4 開爾文的低溫下工作。直觀上來說，4 開爾文僅比絕對零度高一點點其溫度之低，幾乎讓原子停止運動。但Horse Ridge能夠工作，這一成果令人激動，因為硅自旋量子位有望在略高于當前量子系統(tǒng)所需的溫度下工作。有趣的是，這款芯片的代號 Horse Ridge，正是美國俄勒岡州最冷的一個地區(qū)。如今，量子計算機在毫開爾文溫度范圍內運行，只比絕對零度高幾分之一度。但是硅自旋量子位的特性使其能夠在1開爾文或更高溫度下工作，這將極大地減少冷卻量子系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

Horse Ridge是實現(xiàn)量子計算實用性的重要里程碑

拋開 Horse Ridge 在低溫方面的優(yōu)勢，Intel 還在聲明中將其稱之為“實現(xiàn)量子計算實用性的重要里程碑”，這是因為 Horse Ridge 可以幫助人們更快地從量子理論過渡在量子實用性。

就目前的情況而言，研究人員大多都致力于構建小規(guī)模的量子系統(tǒng)，以證明量子設備的潛力。他們依靠現(xiàn)有的電子工具和高性能計算機架級儀器，將量子系統(tǒng)與傳統(tǒng)計算設備相連，但如果要控制量子處理器，則需要數(shù)百根連接線。然而，這樣廣泛的控制布線將會束縛量子系統(tǒng)的能力。

但 Horse Ridge 的出現(xiàn)讓上述問題有了解決方案，通過Horse Ridge，英特爾從根本上簡化了運行量子系統(tǒng)所需的控制電子設備。通過用高度集成的系統(tǒng)芯片(SoC)來代替這些龐大的儀器，將簡化系統(tǒng)設計，并允許使用復雜的信號處理技術來加快設置時間、改善量子位性能，并使系統(tǒng)能夠高效擴展到更多的量子位。Horse Ridge是高度集成的混合信號系統(tǒng)芯片，將量子位控制引入量子冰箱中，以盡可能靠近量子位本身。Horse Ridge有效地降低了量子控制工程的復雜性，從進出冰箱的數(shù)百根電纜簡化到在量子設備附近運行的單個一體化套件。也就是說，通過 Horse Ridge，Intel 能夠使量子系統(tǒng)擴展到證明量子實用性所需要的成百上千個量子位，從而實現(xiàn)商業(yè)可行的量子解決方案所需的數(shù)百萬個量子位。

Horse Ridge被設計成一個射頻(RF)處理器，用來控制在冰箱里運行的量子位，其編程指令與基本量子位的操作相對應，這些指令將被轉換成可操縱量子位狀態(tài)的電磁微波脈沖。Intel 還表示，控制芯片的制造在 Intel 內部完成，將極大地提高了公司在設計、測試和優(yōu)化商業(yè)上可行的量子計算機的能力。

量子計算是新型計算模式

所謂的量子計算，是一種遵循量子力學規(guī)律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。量子計算機有望解決傳統(tǒng)計算機無法處理的問題，因為量子位可以同時以多種狀態(tài)存在。借助這一量子物理學現(xiàn)象，量子位能夠同時進行大量計算，從而大大加快了解決復雜問題的速度。如果說展示量子實用性是一場馬拉松，那么量子研究領域才剛剛跑完一英里。量子研究領域應以量子實用性為基準，確定一個量子系統(tǒng)是否能夠提供顛覆性的性能，從而解決現(xiàn)實世界的問題。英特爾在量子計算上的投資涵蓋了整個硬件和軟件堆棧，旨在開發(fā)一個實用、商業(yè)上可行的量子系統(tǒng)，并使其投入商用。

早在2017年，就有消息報道稱英特爾在量子計應用上邁出了一大步，開發(fā)出了一種新型超導芯片，并把它交給了荷蘭合作伙伴QuTech測試。這也讓人們意識到，量子計算或將是下一個重大技術變革;在2018年CES大會上，英特爾再次公布了一款49 qubit量子芯片，CEO Brian Krznich稱其為量子計算領域的突破性進展，同時也代表著“量子優(yōu)勢”的下一步方向。

科技巨頭積極布局量子計算

近年來，科技巨頭紛紛投入對量子計算的研發(fā)中，熱度持續(xù)高漲。比如人們熟知的谷歌、IBM、微軟等科技公司，都開始積極研究這項技術。在今年5月，微軟聯(lián)手Alphabet合作推出量子計算編程課，囊括量子計算理論、微軟的量子計算編程語言Q#以及如何為從簡單到復雜的情景編寫程序。

同年11月，IBM也宣布了自己的量子計算進展，一是首款上線的IBM Q系統(tǒng)將配備20量子比特處理器，同時在超導量子比特設計、連接性和應用開發(fā)包方面都將有所改善。二是成功構建并測量了具有類似性能指標的50量子比特原型處理器。這款新的處理器擴展了20量子比特架構，將會在下一代IBM Q系統(tǒng)中使用。

谷歌的量子計算進展或許最為超前。在近日谷歌還成功演示了利用實驗性量子計算機，在大約200秒內完成傳統(tǒng)超級計算機一萬年才能完成的計算量，引發(fā)人們熱議。

量子計算的出現(xiàn)或許能讓計算機的計算能力大幅度提升，它是屬于未來的先進技術。但是要想實現(xiàn)大規(guī)模量子計算還要面對不少問題，如何長時間地保持足夠多的量子比特的量子相干性，同時又能夠在這個時間段之內做出足夠多的具有超高精度的量子邏輯操作，要實現(xiàn)這些目標依然有很長的路要走。

結尾：

總的來說，量子計算將改變計算方式，這是毋庸置疑且意義深遠的。但目前，量子計算仍然是一個非常年輕的領域，還存在很大的科技突破空間，它要從實驗室走到商業(yè)市場，也并不是一件容易的事情。