Intel首款低溫量子計算控制晶片細節:最多128個量子位

2020-11-24 驅動之家

2019年12月11日，Intel研究院宣布推出代號為「Horse Ridge」的首款低溫控制晶片，實現了對多個量子位的控制，可加快全棧量子計算系統的開發步伐，堪稱量子實用性道路上的一個重要裡程碑。

2020年2月18日，Intel研究院聯合QuTech(荷蘭代爾夫特理工大學與荷蘭國家應用科學院聯合創立)，在舊金山舉辦的ISSCC 2020年國際固態電路會議上發布了一份研究報告，首次披露了全新低溫量子控制晶片「Horse Ridge」的諸多關鍵技術特點。

基於這些能力，Intel解決了構建強大量子系統所面臨的一系列重大挑戰，大大增強了量子實用性，包括可擴展性、靈活性、保真度。

Intel強調，落實量子實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裡。要想將量子計算應用於實際問題，就必須能擴展到數千個量子位，同時還要控制這些量子位，並保證高保真度。

Horse Ridge使用高度集成的SoC片上系統來加快設置速度，極大地簡化了當前運行量子系統所需的複雜控制電子設備，並改進了量子位性能，同時還使系統能夠高效擴展到量子計算所需的更多量子位，以便解決實際存在的現實應用問題。


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

Horse Ridge關鍵技術細節：

－ 可擴展性：

採用Intel 22nm FFL(FinFET低功耗) CMOS工藝製造，集成式SoC設計，將四個RF射頻頻道集成在一個設備之中。

利用「頻率復用」技術，每一個頻道可以控制多達32個量子位。該技術將多路基帶信號調製到一系列不重疊的頻帶上，每個頻帶用來傳送單獨的信號。

利用這四個頻道，Horse Ridge可望通過單個設備控制多達128個量子位，顯著減少所需的電纜和機架儀表數量。

－ 保真度：

量子位數量的增加會帶來其他問題，對量子系統容量和運行提出挑戰，潛在影響之一就是量子位保真度和性能的下降。

Horse Ridge優化了頻率復用技術，可以支持系統擴展，並減少「相移」錯誤。相移是指在不同頻率控制多個量子位時出現的一種現象，會導致量子位之間的串擾。

Horse Ridge使用的多個頻率可以高精度「調諧」，使量子系統在用同一射頻線路控制多個量子位時，能夠適應並自動校正相移，提高量子門保真度。

－ 靈活性：

Horse Ridge可以覆蓋很寬的頻率範圍，能夠控制超導量子位(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正在研究矽自旋量子位，有可能在高達1開爾文(零下272.15攝氏度)的溫度下工作。

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

Intel研究院量子硬體總監Jim Clarke表示：「如今，量子研究人員只用到少量的量子位。他們使用的是規模較小、定製化的系統，有著複雜的控制和互連機制。Intel Horse Ridge大大降低了這種複雜性。為了實現量子實用性需要數千個量子位，而通過系統性地將規模擴展至數千個量子位，我們正繼續穩步推進，讓商業上可行的量子計算在未來成為現實。」

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