突破擴展性難題!英特爾發布第二代Horse Ridge低溫量子控制晶片

2020-12-06 極客網FromGeek
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  • 2020-12-04發布

  • 來源：知IN

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在北京時間12月4日舉辦的英特爾研究院開放日活動上，英特爾推出第二代低溫控制晶片Horse Ridge II，這標誌著英特爾在突破量子計算可擴展性方面取得又一個裡程碑。可擴展性是量子計算的最大難點之一。在2019年推出的第一代Horse Ridge控制器的創新基礎上，Horse Ridge II支持增強的功能和更高集成度，以實現對量子系統的有效控制。新功能包括操縱和讀取量子位狀態的能力，以及多個量子位糾纏所需的多個量子門的控制能力。

英特爾研究院組件研究事業部量子硬體總監Jim Clarke表示：

「憑藉Horse Ridge II，英特爾繼續在量子低溫控制領域引領創新，發揮集成電路設計、研究院和技術開發團隊跨學科的深厚專業積澱。我們認為，僅僅增加量子位的數量而不解決由此產生的布線複雜性，這就好比擁有一輛跑車，但總是堵在車流中。Horse Ridge II進一步簡化了量子電路的控制，我們期待這一進展能夠提高保真度，降低功率輸出，讓我們朝著『無堵車』的集成量子電路發展再向前邁進一步。」

目前早期的量子系統使用室溫電子設備，這些設備由很多同軸線纜連接到稀釋制冷機中的量子位晶片。考慮到制冷機的外形規格、成本、功耗和熱負荷，這種方法無法擴展用於大量量子位。藉助最初版本的Horse Ridge，英特爾邁出了應對上述挑戰的第一步，從根本上簡化了各項需求：不再需要對設備使用多個機架，也不再需要讓成千根電線進出制冷機來運行量子計算設備。相反，英特爾用高度集成的片上系統（SoC）代替了這些笨重的儀器，從而簡化了系統設計，並使用複雜的信號處理技術來加快設置時間，改善量子位性能，並讓工程團隊能夠有效地將量子系統擴展到更大的量子位數。

Horse Ridge II的設計基於第一代SoC產生射頻脈衝以操縱量子位狀態的能力，也稱為量子位驅動（Qubit Drive）。它引入了兩個額外的控制功能，從而可以將外部電子控制項進一步集成到在低溫制冷機內部運行的SoC中。

新功能包括：

·量子位讀數(Qubit readout)：該功能允許讀取當前量子位狀態。該讀數意義重大，因為它允許進行片上低延遲量子位狀態檢測，而無需存儲大量數據，從而節省了內存和功耗。

·多柵極脈衝(Multigate Pulsing)：能夠同時控制多個量子位柵極的電位，這對於有效的量子位讀取以及多個量子位的糾纏和操作至關重要，並為打造更具擴展性的系統奠定了基礎。

通過增加在集成電路內運行的可編程微控制器，讓Horse Ridge II能夠就三種控制功能的執行方式上擁有更高級別的靈活性和複雜的控制。該微控制器使用數位訊號處理技術對脈衝進行額外濾波，有助於減少量子位之間的串擾。

Horse Ridge II使用英特爾®22納米低功耗FinFET技術（22FFL），其功能已在4開爾文溫度下得到驗證。如今，一臺量子計算機的工作環境為毫開爾文範圍，僅比絕對零度高几分之一。但是矽自旋量子位（英特爾量子工作的基礎）具有可在1開爾文或更高溫度下運行的特性，這將大大降低量子系統製冷的難度。

英特爾的低溫控制研究重點，是致力於讓控制項和矽自旋量子位達到相同的工作溫度水平。正如Horse Ridge II所展示的那樣，這一領域的不斷進步，代表了當今大力擴展量子互連所取得的進步，也是英特爾實現量子實用性長期願景的關鍵要素。

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