Intel發(fā)布低溫量子控制芯片，采用22nm工藝

12月4日，Intel在研究院開(kāi)放日活動(dòng)上公布了五大創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)展，其中就有第二代低溫控制芯片“Horse Ridge II”，標(biāo)志著Intel在量子計(jì)算可擴(kuò)展性上又取得了里程碑式的突破，而可擴(kuò)展性是量子計(jì)算的最大難點(diǎn)之一。

一年前，Intel發(fā)布了首款低溫控制芯片“Horse Ridge”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)最多128個(gè)量子位的控制，而在更早的2018年，Intel還推出過(guò)49量子位量子計(jì)算測(cè)試芯片“Tangle Lake”。

量子計(jì)算是一種全新的計(jì)算模式，不同于如今的數(shù)字計(jì)算需要把數(shù)據(jù)編碼為二進(jìn)制（比特位），非0即1，而是使用量子位，可以同時(shí)處于多個(gè)狀態(tài)，通過(guò)量子比特相互糾纏，實(shí)現(xiàn)性能的指數(shù)級(jí)提升，能夠并行執(zhí)行大量計(jì)算。

Intel一直在研究多種量子位類(lèi)型，包括超導(dǎo)量子位、硅自旋量子位，前者還有IBM、Google等在研究，而后者是Intel獨(dú)一無(wú)二的路徑，利用電子自旋并以微小的微波脈沖控制運(yùn)動(dòng)，從而釋放量子能量，而且非常適合Intel現(xiàn)有的一整套硅半導(dǎo)體工藝。

最新推出的Horse Ridge II支持增強(qiáng)的功能和更高的集成度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)量子系統(tǒng)的有效控制，包括操縱和讀取量子位狀態(tài)的能力、多個(gè)量子位糾纏所需的多個(gè)量子門(mén)的控制能力。

Horse Ridge系列控制芯片不再需要對(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(lái)運(yùn)行量子計(jì)算設(shè)備，而是用高度集成的片上系統(tǒng)（SoC）代替這些笨重的儀器，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并使用復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)來(lái)加快設(shè)置時(shí)間，改善量子位性能，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(chēng)為量子位驅(qū)動(dòng)（Qubit Drive），同時(shí)引入了兩個(gè)額外的控制功能，從而將外部電子控件進(jìn)一步集成到在低溫制冷機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的SoC之中。

新功能包括：

－ 量子位讀出（Qubit Readout）

允許讀取當(dāng)前量子位狀態(tài)。這樣做的意義相當(dāng)重大，因?yàn)榭梢赃M(jìn)行片上低延遲量子位狀態(tài)檢測(cè)，而無(wú)需存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了內(nèi)存和功耗。

－ 多門(mén)控脈沖（Multigate Pulsing）

能夠同時(shí)控制多個(gè)量子門(mén)，這對(duì)于有效的量子位讀取、多個(gè)量子位的糾纏和操作至關(guān)重要，還可以打造更具擴(kuò)展性的系統(tǒng)。

Horse Ridge II繼續(xù)使用Intel 22nm低功耗FinFET工藝制造（22FFL），已經(jīng)能夠在4開(kāi)爾文溫度（-269攝氏度）下得到驗(yàn)證，也就是比絕對(duì)零度高4攝氏度。

如今一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的工作環(huán)境在毫開(kāi)爾文范圍，也就是只比絕對(duì)零度高幾分之一度，但是作為量子工作基礎(chǔ)的硅自旋量子位，具備可在1開(kāi)爾文或更高溫度下運(yùn)行的特性，從而大大降低量子系統(tǒng)制冷的難度。
責(zé)編AJX