如同「跑車堵在車流中」英特爾認為實現量子實用性仍有四大挑戰

比「超級計算機」還快的是什麼？在諸多新技術裡，量子計算顯然是一個有力的競爭者。

量子計算可以帶來極高的計算速度、非常靈敏的探測器，並且創建牢不可破的加密功能來保護重要的數字信息，它不同於當前數據中心、雲環境、PC和其他設備中的數字計算，是一種突破傳統計算「禁區」的全新計算模式。

「50個糾纏的量子位所獲得的狀態數量就將超過任何超級計算機，如果我們有 300 個糾纏的量子位，同時表示的狀態比宇宙中原子的數量還要多。」12月4日，英特爾研究院量子應用與架構總監Anne Matsuura在英特爾研究院舉行的線上開放日上表示，量子計算應用的範圍廣泛，包括設計藥物、模擬自然環境來推進化學、材料科學和分子建模等領域的科研工作。

為了釋放量子計算的潛力，英特爾在2015年啟動了一個合作研究項目，其目標是開發商業上可行的量子計算系統。但從實際情況來看，真正實現量子應用落地還需要時間。

「量子計算使用量子位，然而量子位非常脆弱，目前僅僅有 100 個量子位甚至數千個量子位，還沒有辦法造一臺商用級量子計算機，我們需要至少數百萬個量子位，並且解決四大挑戰。」Anne表示，第一個挑戰在於如何提升量子位的質量和並測試時間。

「擴展量子的挑戰在於如何批量生產高質量量子位。小型量子計算系統中所使用的量子位，其質量對於商用級量子系統來說是遠遠不夠的。業內需要壽命足夠長、相互之間連接性足夠強的量子位，以便擴展至包含數百萬量子位的商用級量子計算機，能夠在實際的應用領域執行有效的量子程序或量子算法。」Anne表示，目前英特爾正在嘗試使用量子低溫探測儀（cryoprober），幫助在工廠的 CMOS 晶圓上快速測試量子位。

量子計算面對的第二個挑戰是量子位控制。當前，量子位主要由許多機架（rack）的控制電路進行控制，這些電路通過複雜的布線連接至量子位，並且被放置在低溫冰箱中，以防止熱噪聲和電噪聲影響脆弱的量子位。對於商用級量子計算系統，需要將數百萬根導線引入量子位室（qubit chamber）。

為此，英特爾推出了第二代低溫控制晶片Horse Ridge II，以突破量子計算在可擴展性方面的瓶頸，該晶片擁有可以操縱和讀取量子位狀態的能力。

英特爾研究院組件研究事業部量子硬體總監Jim Clarke表示：「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，英特爾採用支持可擴展互連的低溫量子位控制晶片技術能夠提高保真度，降低功率輸出，朝著『無堵車』的集成量子電路發展再向前邁進一步。」

第三個挑戰是糾錯。全面糾錯需要數十個量子位形成一個邏輯量子位，構建商用級量子系統需要數百萬個量子位。在這一期間，需要抗噪量子算法和錯誤抑制的技術，以幫助在小型量子位系統上運行這些算法。

第四個挑戰則在於量子計算是一種全新的計算類型，運行程序的方式完全不同，因此需要開發量子專用的軟體、硬體和應用。Anne 表示，這意味著從應用、編譯器、量子位控制處理器、控制電路，到量子位晶片器件，量子計算的整個堆棧都需要採用全新組件。

英特爾表示，目前正在與荷蘭代爾夫特理工大學、TNO Delft等開展量子計算方面的研究合作，以聯合構建更高質量的量子位來應對挑戰。