英特爾發(fā)布Horse Ridge芯片，推動(dòng)實(shí)現商業(yè)上可行的量子計算機

英特爾研究院發(fā)布了代號為“Horse Ridge”的首款低溫控制芯片，以加快全棧量子計算系統的開(kāi)發(fā)步伐。作為量子實(shí)用性道路上的一個(gè)重要里程碑， Horse Ridge實(shí)現了對多個(gè)量子位的控制，并為向更大的系統擴展指明了方向。

基于英特爾22納米FinFET技術(shù)，英特爾與QuTech（由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)與荷蘭國家應用科學(xué)院聯(lián)合創(chuàng )立）共同開(kāi)發(fā)了Horse Ridge?？刂菩酒闹圃煸谟⑻貭杻炔客瓿?，將極大地提高英特爾在設計、測試和優(yōu)化商業(yè)上可行的量子計算機的能力。

圖片說(shuō)明：英特爾研究院首席工程師Stefano Pellerano手持Horse Ridge芯片。

這款全新低溫控制芯片將加快全棧量子計算系統的開(kāi)發(fā)步伐，標志著(zhù)商業(yè)上可行的量子計算機發(fā)展到新的里程碑。

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(shí)控制多個(gè)量子位仍是業(yè)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(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心環(huán)節，這也是英特爾投資量子糾錯和控制技術(shù)的原因。通過(guò)Horse Ridge，英特爾開(kāi)發(fā)了一個(gè)可擴展的控制系統，能夠大大加快測試速度并實(shí)現量子計算的潛力?！?/p>

在實(shí)現量子計算機的功能和潛力的競賽中，研究人員廣泛關(guān)注量子位的制造，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(kāi)發(fā)過(guò)程中，如在英特爾硅自旋量子位和超導量子位系統的設計、測試和表征中，英特爾發(fā)現實(shí)現商業(yè)規模量子計算的主要瓶頸是互連和控制電子設備。憑借Horse Ridge，英特爾推出了一個(gè)精巧的解決方案，它能夠控制多個(gè)量子位，并為系統將來(lái)擴展到更多的量子位指明了方向，這是實(shí)現量子實(shí)用性道路上的一個(gè)重要里程碑。

量子計算機有望解決傳統計算機無(wú)法處理的問(wèn)題，因為量子位可以同時(shí)以多種狀態(tài)存在，借助這一量子物理學(xué)現象，量子位能夠同時(shí)進(jìn)行大量計算，從而大大加快了解決復雜問(wèn)題的速度。如果說(shuō)展示量子實(shí)用性是一場(chǎng)馬拉松，那么量子研究領(lǐng)域才剛剛跑完一英里。量子研究領(lǐng)域應以量子實(shí)用性為基準，確定一個(gè)量子系統是否能夠提供顛覆性的性能，從而解決現實(shí)世界的問(wèn)題。英特爾在量子計算上的投資涵蓋了整個(gè)硬件和軟件堆棧，旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)實(shí)用、商業(yè)上可行的量子系統，并使其投入商用。

目前，研究人員一直致力于構建小規模的量子系統，以證明量子設備的潛力。在這些嘗試中，研究人員依靠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并對系統進(jìn)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(gè)量子位，如果要控制量子處理器，則需要數百根連接線(xiàn)進(jìn)出冰箱。然而，這種針對每個(gè)量子位的廣泛控制布線(xiàn)將會(huì )束縛量子系統的能力，使其無(wú)法擴展到證明量子實(shí)用性所需要的成百上千個(gè)量子位，更不用說(shuō)商業(yè)可行的量子解決方案所需的數百萬(wàn)個(gè)量子位了。

通過(guò)Horse Ridge，英特爾從根本上簡(jiǎn)化了運行量子系統所需的控制電子設備。通過(guò)用高度集成的系統芯片（SoC）來(lái)代替這些龐大的儀器，將簡(jiǎn)化系統設計，并允許使用復雜的信號處理技術(shù)來(lái)加快設置時(shí)間、改善量子位性能，并使系統能夠高效擴展到更多的量子位。Horse Ridge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復雜性，從進(jìn)出冰箱的數百根電纜簡(jiǎn)化到在量子設備附近運行的單個(gè)一體化套件。

Horse Ridge被設計成一個(gè)射頻（RF）處理器，用來(lái)控制在冰箱里運行的量子位，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(tài)的電磁微波脈沖。

Horse Ridge控制芯片以俄勒岡州最冷的一個(gè)地區來(lái)命名，能夠在大約4開(kāi)爾文的低溫下工作。直觀(guān)來(lái)說(shuō)，4開(kāi)爾文僅比絕對零度高一點(diǎn)點(diǎn)，其溫度之低，幾乎讓原子停止運動(dòng)。隨著(zhù)英特爾對硅自旋量子位的研究不斷取得進(jìn)展，這一成果尤其令人興奮，因為硅自旋量子位有望在略高于當前量子系統所需的溫度下工作。

如今，量子計算機在毫開(kāi)爾文溫度范圍內運行，這只比絕對零度高幾分之一度。但是硅自旋量子位的特性使其能夠在1開(kāi)爾文或更高溫度下工作，這將極大地減少冷卻量子系統的挑戰。隨著(zhù)研究不斷取得進(jìn)展，英特爾的目標是讓低溫控制和硅自旋量子位在相同的溫度下工作。英特爾能夠充分利用在先進(jìn)封裝和互連技術(shù)方面的專(zhuān)長(cháng)，創(chuàng )建一個(gè)將量子位和控制器件集成到精簡(jiǎn)封裝中的解決方案。