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英特爾發布Horse Ridge低溫控制芯片,加速全棧量子計算系統開發


InfoQ 12月10日消息,英特爾研究院於本週一發布了代號為“Horse Ridge”的首款低溫控制芯片,以加速全棧量子計算系統的開發。 Horse Ridge將實現對多個量子位的控制,並為向更大的系統擴展指明方向,英特爾稱這是實現量子實用性的重要里程碑。

解決互聯瓶頸

據悉,Horse Ridge芯片系英特爾與QuTech(由荷蘭代爾夫特理工大學與荷蘭國家應用科學院聯合創立)共同開發。其中,控制芯片的製造在英特爾內部完成,它主要採用了英特爾22納米FinFET技術,在內部製造這些控制芯片將提高英特爾在設計,測試和優化商業上可行的量子計算機的能力。

在實現量子計算機的功能和潛力的競賽中,研究人員廣泛關注量子位的製造,構建測試芯片,以證明以疊加方式運行的少數量子位就能指數級提高計算能力。但在早期的量子硬件開發過程中,英特爾發現實現商業規模量子計算的主要瓶頸是互連和控制電子設備。憑藉Horse Ridge,英特爾推出了一個精巧的解決方案,它能夠控制多個量子位,並為系統將來擴展到更多的量子位指明方向,這是實現量子實用性道路上的一個重要里程碑。量子實用性是指量子計算可以處理常規計算機無法以更快的速度解決的問題的狀態。

英特爾量子硬件總監Jim Clarke 表示:“雖然人們非常重視量子位本身,但同時控制多個量子位仍是業界的一大挑戰。英特爾認識到,量子控制是大規模商用量子系統開發過程中的核心環節,這也是英特爾投資量子糾錯和控制技術的原因。通過Horse Ridge,英特爾開發了一個可擴展的控制系統,能夠大大加快測試速度並實現量子計算的潛力。 ”

目前,研究人員已使用現有的電子工具和高性能計算機架級儀器,將低溫冰箱內的量子系統與調節量子位性能並對系統進行編程的傳統計算設備相連。這些設備通常是定制設計以控制單個量子位,如果要控制量子處理器,則需要數百根連接線進出冰箱。然而,這種針對每個量子位的廣泛控制佈線將會束縛量子系統的能力,使其無法擴展到證明量子實用性所需要的成百上千個量子位,更不用說商業可行的量子解決方案所需的數百萬個量子位了。

Horse Ridge為上述問題提供了解決方案,它是高度集成的混合信號系統芯片,它將量子位控制引入量子冰箱中,以盡可能靠近量子位本身。 Horse Ridge有效地降低了量子控制工程的複雜性,從進出冰箱的數百根電纜簡化到在量子設備附近運行的單個一體化套件,英特爾稱這是首創。此外,通過用高度集成的系統芯片(SoC)來代替這些龐大的儀器,將簡化系統設計,並允許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,並使系統能夠高效擴展到更多的量子位

向量子實用性“終點線”邁進

在許多量子計算機中,必須在特殊的冰箱內將量子位保持非常冷,接近原子停止移動的溫度。但這使得將電線連接到量子位以發送和接收信息非常困難。這些電線中的大多數和其他電子設備都必須放在專用冰箱的外面。

英特爾表示,Horse Ridge芯片的設計使其能夠放置在量子冰箱內部。 Horse Ridge控制芯片以俄勒岡州最冷的一個地區來命名,能夠在大約4開爾文的低溫下工作。直觀來說,4開爾文僅比絕對零度高一點點,其溫度之低,幾乎讓原子停止運動。

Horse Ridge被設計成一個射頻(RF)處理器,用來控制在冰箱裡運行的量子位,其編程指令與基本量子位的操作相對應,這些指令將被轉換成可操縱量子位狀態的電磁微波脈衝。

隨著研究不斷取得進展,英特爾的目標是讓低溫控制和矽自旋量子位在相同的溫度下工作。矽自旋量子位有望在略高於當前量子系統所需的溫度下工作,這將極大地減少冷卻量子系統的挑戰。

早在今年10月底,谷歌宣布實現量子霸權時,英特爾對谷歌的成果表示祝賀的同時,也強調,實現商業上可行的量子計算系統是一場“馬拉松”,應該繼續向著實現“量子的實用性”這一終點線邁進。英特爾希望Horse Ridge芯片未來能讓它的量子計算機更實用。儘管谷歌於今年年初製造了類似的低溫芯片,但英特爾稱Horse Ridge是第一款旨在控制多種量子位(超導和矽自旋量子位)的低溫芯片。