英特爾披露首款低溫量子計(jì)算控制芯片“Horse Ridge”細(xì)節(jié)

從英特爾官方獲悉，2月18日，英特爾研究院聯(lián)合QuTech，在舊金山舉辦的2020年國際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）上發(fā)布了一份研究報(bào)告，概述了其全新低溫量子控制芯片Horse Ridge的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。

英特爾表示，落實(shí)量子實(shí)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里。要想將量子計(jì)算應(yīng)用于實(shí)際問題，就必須能擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)量子位，同時(shí)還要控制這些量子位，并保證高保真度。Horse Ridge使用高度集成的片上系統(tǒng)（SoC）來加快設(shè)置速度，極大地簡化了當(dāng)前運(yùn)行量子系統(tǒng)所需的復(fù)雜控制電子設(shè)備，并改進(jìn)了量子位性能，同時(shí)還使系統(tǒng)能夠高效擴(kuò)展到量子計(jì)算所需的更多量子位，以便解決實(shí)際存在的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題。

了解到，Horse Ridge關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)如下：

可擴(kuò)展性：

采用英特爾22nm FFL（FinFET低功耗）CMOS技術(shù)部署的集成式SoC設(shè)計(jì)，將4個(gè)射頻（RF）頻道集成到一個(gè)設(shè)備之中。利用“頻率復(fù)用”技術(shù)，每一個(gè)頻道可以控制多達(dá)32個(gè)量子位。該技術(shù)將多路基帶信號(hào)調(diào)制到一系列不重疊的頻帶上，每個(gè)頻帶用來傳送單獨(dú)的信號(hào)。

利用這4個(gè)頻道，Horse Ridge可望通過單個(gè)設(shè)備控制多達(dá)128個(gè)量子位，與以往相比能顯著減少所需的電纜和機(jī)架儀表數(shù)量。

保真度：

量子位數(shù)量的增加會(huì)帶來其他問題，對量子系統(tǒng)容量和運(yùn)行提出挑戰(zhàn)。這方面的潛在影響之一就是量子位保真度和性能的下降。在開發(fā)Horse Ridge的過程中，英特爾優(yōu)化了頻率復(fù)用技術(shù)，該技術(shù)可以支持系統(tǒng)擴(kuò)展，并減少“相移”錯(cuò)誤。相移是指在不同頻率控制多個(gè)量子位時(shí)出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致量子位之間的串?dāng)_。

Horse Ridge使用的多個(gè)頻率可以高精度“調(diào)諧”，使量子系統(tǒng)在用同一射頻線路控制多個(gè)量子位時(shí)，能夠適應(yīng)并自動(dòng)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范圍，能夠控制超導(dǎo)量子位（稱為傳輸子）和自旋量子位。傳輸子的頻率通常在6千兆赫（GHz）至7千兆赫左右，而自旋量子位頻率則為13千兆赫至20千兆赫左右。

英特爾正在研究硅自旋量子位，這種量子位有可能在高達(dá)1開爾文的溫度下工作。有了這項(xiàng)研究奠定的基礎(chǔ)，英特爾有望成功集成硅自旋量子位器件和Horse Ridge的低溫控制器，從而創(chuàng)建一種解決方案，將量子位和控制器件集成到一個(gè)精簡封裝中。