英特爾發(fā)布第二代Horse Ridge低溫量子控制芯片

在北京時(shí)間12月4日舉辦的英特爾研究院開放日活動(dòng)上，英特爾推出第二代低溫控制芯片Horse Ridge II，這標(biāo)志著英特爾在突破量子計(jì)算可擴(kuò)展性方面取得又一個(gè)里程碑?？蓴U(kuò)展性是量子計(jì)算的最大難點(diǎn)之一。在2019年推出的第一代Horse Ridge控制器的創(chuàng)新基礎(chǔ)上，Horse Ridge II支持增強(qiáng)的功能和更高集成度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子系統(tǒng)的有效控制。新功能包括操縱和讀取量子位狀態(tài)的能力，以及多個(gè)量子位糾纏所需的多個(gè)量子門的控制能力。

英特爾研究院組件研究事業(yè)部量子硬件總監(jiān)Jim Clarke表示：“憑借Horse Ridge II，英特爾繼續(xù)在量子低溫控制領(lǐng)域引領(lǐng)創(chuàng)新，發(fā)揮集成電路設(shè)計(jì)、研究院和技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)跨學(xué)科的深厚專業(yè)積淀。我們認(rèn)為，僅僅增加量子位的數(shù)量而不解決由此產(chǎn)生的布線復(fù)雜性，這就好比擁有一輛跑車，但總是堵在車流中。Horse Ridge II進(jìn)一步簡(jiǎn)化了量子電路的控制，我們期待這一進(jìn)展能夠提高保真度，降低功率輸出，讓我們朝著‘無堵車’的集成量子電路發(fā)展再向前邁進(jìn)一步?！?

目前早期的量子系統(tǒng)使用室溫電子設(shè)備，這些設(shè)備由很多同軸線纜連接到稀釋制冷機(jī)中的量子位芯片。考慮到制冷機(jī)的外形規(guī)格、成本、功耗和熱負(fù)荷，這種方法無法擴(kuò)展用于大量量子位。借助最初版本的Horse Ridge，英特爾邁出了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的第一步，從根本上簡(jiǎn)化了各項(xiàng)需求：不再需要對(duì)設(shè)備使用多個(gè)機(jī)架，也不再需要讓成千根電線進(jìn)出制冷機(jī)來運(yùn)行量子計(jì)算設(shè)備。相反，英特爾用高度集成的片上系統(tǒng)(SoC)代替了這些笨重的儀器，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并使用復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)來加快設(shè)置時(shí)間，改善量子位性能，并讓工程團(tuán)隊(duì)能夠有效地將量子系統(tǒng)擴(kuò)展到更大的量子位數(shù)。

Horse Ridge II的設(shè)計(jì)基于第一代SoC產(chǎn)生射頻脈沖以操縱量子位狀態(tài)的能力，也稱為量子位驅(qū)動(dòng)(Qubit Drive)。它引入了兩個(gè)額外的控制功能，從而可以將外部電子控件進(jìn)一步集成到在低溫制冷機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的SoC中。

新功能包括：

· 量子位讀出(Qubit readout)：該功能允許讀取當(dāng)前量子位狀態(tài)。該讀取意義重大，因?yàn)樗试S進(jìn)行片上低延遲量子位狀態(tài)檢測(cè)，而無需存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了內(nèi)存和功耗。

· 多門控脈沖(Multigate Pulsing)：能夠同時(shí)控制多個(gè)量子門，這對(duì)于有效的量子位讀取以及多個(gè)量子位的糾纏和操作至關(guān)重要，并為打造更具擴(kuò)展性的系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

通過增加在集成電路內(nèi)運(yùn)行的可編程微控制器，讓Horse Ridge II能夠就三種控制功能的執(zhí)行方式上擁有更高級(jí)別的靈活性和復(fù)雜的控制。該微控制器使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)脈沖進(jìn)行額外濾波，有助于減少量子位之間的串?dāng)_。

Horse Ridge II使用英特爾®22納米低功耗FinFET技術(shù)(22FFL)，其功能已在4開爾文溫度下得到驗(yàn)證。如今，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的工作環(huán)境為毫開爾文范圍，僅比絕對(duì)零度高幾分之一。但是硅自旋量子位(英特爾量子工作的基礎(chǔ))具有可在1開爾文或更高溫度下運(yùn)行的特性，這將大大降低量子系統(tǒng)制冷的難度。

英特爾的低溫控制研究重點(diǎn)，是致力于讓控件和硅自旋量子位達(dá)到相同的工作溫度水平。正如Horse Ridge II所展示的那樣，這一領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，代表了當(dāng)今大力擴(kuò)展量子互連所取得的進(jìn)步，也是英特爾實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性長(zhǎng)期愿景的關(guān)鍵要素。