全球最大晶片廠商,再次實現量子晶片突破

英特爾第二代Horse Ridge低溫量子控制晶片，將量子計算機操作的關鍵控制功能放入製冷設備內，儘可能地接近量子比特，從而簡化了量子系統控制線路的複雜性。

英特爾在其最近的一次活動中，宣布推出第二代低溫控制量子晶片Horse Ridge II，標誌著公司克服了量子計算中的可擴展性難題。

全新的低溫控制晶片支持更強的功能和更高的集成度，更加「優雅」地控制量子系統。有操縱和讀取量子比特狀態的新功能，也可以控制糾纏多個量子比特所需的多個門。

英特爾量子硬體的組件研究人員表示， 增加量子比特的數量是一方面，但是解決由此產生的複雜線路又是另一方面，二者必須兼顧 。

Horse Ridge II進一步簡化了量子電路，在提高保真度、降低輸出功率方面十分有前景。

革新的重要性

早期的量子系統使用帶有許多同軸電纜的室溫電子設備，再將電纜連接至製冷設備內的量子晶片上。由於種種因素，這一方法限制了量子比特數量的擴展。

目前，有了第一代Horse Ridge的經驗，英特爾從根本上簡化了操作量子計算機所需的設備和電線，用其高度集成的單片系統（System on a Chip， SoC ）簡化了系統設計，並使用複雜的信號處理技術來縮短設置時間，提高了量子比特的性能，從而更有效地擴展量子比特數量。

關於新功能

Horse Ridge II是基於第一代SoC產生的射頻脈衝，來控制量子比特的狀態，稱為量子比特驅動。它有兩個額外附加的控制功能，為的是進一步將外部電子控制集成到低溫製冷設備內。

新功能可以實現：第一，量子比特讀出，也就是讀取當前量子比特的狀態。這點十分重要，因為可以節省內存和功耗。

第二，多門脈衝。此功能可以同時控制多個量子比特門的電勢，對於有效的量子比特讀出、多個量子比特的糾纏和操作，至關重要。也是為了將來可以實現更具擴展性的系統。

通過在集成電路中增加一個可編程微控制器，Horse Ridge II可以實現三種控制功能的執行，更具靈活性。微控制器使用數位訊號處理技術對脈衝進行額外的濾波，有助於減少量子比特之間的串擾。

Horse Ridge II使用英特爾22納米低功耗FinFET技術（22FFL），已在4開爾文（零下269攝氏度）的溫度下得到了驗證。

現在的量子計算機是在毫開爾文的範圍內工作，僅比 絕對零度 高出零點幾度，對超級低溫的要求非常高，有很大的技術性難度。

但是，英特爾採用的矽自旋量子比特可以在1開爾文（零下272攝氏度）或更高的溫度下運行，這將大大降低製冷量子系統的難度。

英特爾的低溫控制研究致力於使控制項和矽自旋量子比特達到相同的工作溫度水平。正如Horse Ridge II所展示的，該領域的不斷進步代表了擴展量子互聯的進步，且是英特爾使現量子長期實用性的關鍵因素。

英特爾將在2021年2月的國際固態電路研討會（International Solid-State Circuits Conference，ISSCC）上，展示這項研究的其他技術性細節。