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量子計(jì)算芯片最新動(dòng)態(tài)
英特爾推出了一種針對(duì)量子計(jì)算的新硬件解決方案：Horse Ridge是第一個(gè)低溫控制處理器，旨在加速全棧量子計(jì)算系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。
量子計(jì)算機(jī)有望解決傳統(tǒng)計(jì)算解決方案無(wú)法解決的問(wèn)題。基本技術(shù)是量子物理學(xué)。由于量子位可以同時(shí)以多種狀態(tài)存在，因此可以用于同時(shí)進(jìn)行多種計(jì)算，從而大大加快了解決復(fù)雜問(wèn)題的速度。
在量子計(jì)算發(fā)展的開(kāi)始，科學(xué)家專注于量子位的實(shí)現(xiàn)。如果我們想象一下像硬幣一樣的比特，一旦被拋棄就可以顯示其值為1或0的面，那么一個(gè)qubit就是一個(gè)像陀螺一樣旋轉(zhuǎn)的硬幣-允許它同時(shí)具有更多的值-直到停止讀取為止測(cè)量值。英特爾和其他一些組織正在追求可測(cè)量電子自旋特性的硅量子處理器。
量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)計(jì)算，但是這樣做會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱量。因此，為了有效，它們必須在接近絕對(duì)零度（即非常接近–273.15°C）下工作。
這些設(shè)備通常是定制設(shè)計(jì)的，往往需要數(shù)百根進(jìn)出低溫冰箱的電纜來(lái)控制量子處理器，從而使許多量子計(jì)算系統(tǒng)看起來(lái)像是奇怪的蒸汽朋克機(jī)，電纜從四面八方彈出，如下圖：
研究人員在瘋狂地制造量子計(jì)算機(jī)。在通過(guò)測(cè)試和表征進(jìn)行量子硬件開(kāi)發(fā)的早期，英特爾確定了實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模量子處理的重大瓶頸：互連和控制電子設(shè)備。
Horse Ridge是與俄勒岡州最寒冷的地區(qū)之一（英特爾在其中開(kāi)展業(yè)務(wù)最普遍的地區(qū)之一）一起命名的，它是由TU Delft和荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（TNO）合作建立的QuTech研究人員共同開(kāi)發(fā)的。在創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)賽中，許多人都將重點(diǎn)放在硅的實(shí)現(xiàn)上，這在很大程度上是因?yàn)榭梢允褂猛ㄓ玫腃MOS硅工藝來(lái)制造硅量子計(jì)算機(jī)。Horse Ridge采用英特爾的22納米FinFET工藝制造。這將大大提高英特爾設(shè)計(jì)，測(cè)試和優(yōu)化商用量子計(jì)算機(jī)的能力。
英特爾量子硬件總監(jiān)吉姆·克拉克（Jim Clarke）解釋說(shuō)，直到現(xiàn)在，量子比特本身還是受到了很大的重視，但是主要挑戰(zhàn)之一是同時(shí)控制多個(gè)量子比特。英特爾的新芯片簡(jiǎn)化了量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和尺寸。
Horse Ridge是高度集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)（SoC），可降低量子控制工程的復(fù)雜性。用與基本量子位操作相對(duì)應(yīng)的指令進(jìn)行編程。SoC將這些指令轉(zhuǎn)換為電磁微波脈沖，可以控制量子位的狀態(tài)。
量子計(jì)算機(jī)在毫開(kāi)爾文范圍內(nèi)工作，該范圍僅比絕對(duì)零高出一個(gè)度數(shù)。硅自旋量子位的性質(zhì)使其可以在1開(kāi)爾文或更高的溫度下運(yùn)行，這將大大減少量子技術(shù)的冷卻挑戰(zhàn)。
英特爾旨在確保低溫控制器和量子位主軸在相同的溫度水平下運(yùn)行，以創(chuàng)建更高級(jí)，更緊湊的解決方案。通過(guò)簡(jiǎn)化多個(gè)量子位的控制，Horse Ridge幫助定義了擴(kuò)展更復(fù)雜系統(tǒng)的途徑。英特爾預(yù)計(jì)，結(jié)果將是易于操作的量子計(jì)算機(jī)，這也將使該公司能夠利用其在高級(jí)封裝和互連技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)。
英特爾在研發(fā)方面的投資可確保開(kāi)發(fā)高效且商業(yè)上可行的量子系統(tǒng)的完整硬件和軟件基礎(chǔ)。有必要強(qiáng)調(diào)小規(guī)模量子系統(tǒng)的重要性，以證明量子位的絕對(duì)潛力。英特爾在馬嶺（Horse Ridge）開(kāi)發(fā)了可擴(kuò)展的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以加快測(cè)試速度和量子計(jì)算的潛力。