2019年12月11日，Intel研究院宣布推出代號(hào)為“Horse Ridge”的首款低溫控制芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)量子位的控制，可加快全棧量子計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)步伐，堪稱量子實(shí)用性道路上的一個(gè)重要里程碑。

2020年2月18日，Intel研究院聯(lián)合QuTech(荷蘭代爾夫特理工大學(xué)與荷蘭國家應(yīng)用科學(xué)院聯(lián)合創(chuàng)立)，在舊金山舉辦的ISSCC 2020年國際固態(tài)電路會(huì)議上發(fā)布了一份研究報(bào)告，首次披露了全新低溫量子控制芯片“Horse Ridge”的諸多關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。

基于這些能力，Intel解決了構(gòu)建強(qiáng)大量子系統(tǒng)所面臨的一系列重大挑戰(zhàn)，大大增強(qiáng)了量子實(shí)用性，包括可擴(kuò)展性、靈活性、保真度。

Intel強(qiáng)調(diào)，落實(shí)量子實(shí)用性是一場漫長的馬拉松，而量子研究界目前才剛剛跑完這場馬拉松的頭一公里。要想將量子計(jì)算應(yīng)用于實(shí)際問題，就必須能擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)量子位，同時(shí)還要控制這些量子位，并保證高保真度。

Horse Ridge使用高度集成的SoC片上系統(tǒng)來加快設(shè)置速度，極大地簡化了當(dāng)前運(yùn)行量子系統(tǒng)所需的復(fù)雜控制電子設(shè)備，并改進(jìn)了量子位性能，同時(shí)還使系統(tǒng)能夠高效擴(kuò)展到量子計(jì)算所需的更多量子位，以便解決實(shí)際存在的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題。

Intel研究院首席工程師Stefano Pellerano手持Horse Ridge芯片

Horse Ridge關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)：

－ 可擴(kuò)展性：

采用Intel 22nm FFL(FinFET低功耗) CMOS工藝制造，集成式SoC設(shè)計(jì)，將四個(gè)RF射頻頻道集成在一個(gè)設(shè)備之中。

利用“頻率復(fù)用”技術(shù)，每一個(gè)頻道可以控制多達(dá)32個(gè)量子位。該技術(shù)將多路基帶信號(hào)調(diào)制到一系列不重疊的頻帶上，每個(gè)頻帶用來傳送單獨(dú)的信號(hào)。

利用這四個(gè)頻道，Horse Ridge可望通過單個(gè)設(shè)備控制多達(dá)128個(gè)量子位，顯著減少所需的電纜和機(jī)架儀表數(shù)量。

－ 保真度：

量子位數(shù)量的增加會(huì)帶來其他問題，對(duì)量子系統(tǒng)容量和運(yùn)行提出挑戰(zhàn)，潛在影響之一就是量子位保真度和性能的下降。

Horse Ridge優(yōu)化了頻率復(fù)用技術(shù)，可以支持系統(tǒng)擴(kuò)展，并減少“相移”錯(cuò)誤。相移是指在不同頻率控制多個(gè)量子位時(shí)出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致量子位之間的串?dāng)_。

Horse Ridge使用的多個(gè)頻率可以高精度“調(diào)諧”，使量子系統(tǒng)在用同一射頻線路控制多個(gè)量子位時(shí)，能夠適應(yīng)并自動(dòng)校正相移，提高量子門保真度。

－ 靈活性：

Horse Ridge可以覆蓋很寬的頻率范圍，能夠控制超導(dǎo)量子位(傳輸子)和自旋量子位。

傳輸子的頻率通常在6-7GHz左右，自旋量子位頻率則為13-20GHz左右。

Intel正在研究硅自旋量子位，有可能在高達(dá)1開爾文(零下272.15攝氏度)的溫度下工作。

有了這項(xiàng)研究奠定的基礎(chǔ)，Intel有望成功集成硅自旋量子位器件和Horse Ridge的低溫控制器，從而將量子位和控制器件集成到一個(gè)精簡封裝中。

Intel研究院量子硬件總監(jiān)Jim Clarke表示：“如今，量子研究人員只用到少量的量子位。他們使用的是規(guī)模較小、定制化的系統(tǒng)，有著復(fù)雜的控制和互連機(jī)制。Intel Horse Ridge大大降低了這種復(fù)雜性。為了實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性需要數(shù)千個(gè)量子位，而通過系統(tǒng)性地將規(guī)模擴(kuò)展至數(shù)千個(gè)量子位，我們正繼續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)，讓商業(yè)上可行的量子計(jì)算在未來成為現(xiàn)實(shí)。”

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