英特尔发布低温量子控制芯片Horse Ridge 朝量子实用性迈进一步

英特尔研究院（Intel Labs）今天公开了最新低温量子控制芯片Horse Ridge的技术规格，并称其现在可以证明“量子实用性”。

英特尔称，量子实用性意味着这款芯片具有必要的可扩展性、灵活性和保真度，可实现从研究到商业可行性的飞跃。

英特尔研究院量子硬件总监Jim Clarke表示：“如今，量子研究人员只是研究少量量子位，使用的是小型的、定制设计的系统，这些系统采用复杂的控制和互连机制。而英特尔Horse Ridge芯片大大降低了这一复杂性。我们系统地扩展至量子实用性所需的数千个量子位，未来我们将继续朝着让量子计算具有商业可行性的方向迈进。”

量子计算机采用完全不同的计算体系结构，其中计算处理可以同时在多种状态下进行。传统计算机使用表示为1或0的二进制数字或“字位”，而量子计算使用的是可以“叠加”的“量子位”，从而可以同时表示为1、0、或者1和0兼有。

此外，量子位可以使用一种名为“超密集编码”的方法，使其可以同时保存两个位。因此，一个量子位中可以包含两个叠加位，也就是说，可以处理的数据量是普通计算机的4倍。

量子计算机的另一个重要不同之处是所谓“量子纠缠”，即量子位能够相互关联，这样每个量子位就可以知道其他所有量子位的状态。也就是说，量子计算机会随着量子比特的增加而呈指数增长。因此，理论上200量子位系统的性能是100量子位系统的2200倍。

英特尔表示，将与QuTech（TU Delft与荷兰应用科学研究组织的合作联盟）围绕Horse Ridge芯片展开合作。就可扩展性而言，Horse Ridge芯片可采用英特尔22纳米FFL CMOS技术，在单个4 x 4毫米设备中集成4个射频通道。

其中每个通道最多可控制32个量子位，并且采用了“频率多路复用”功能，使得可用总带宽被划分为一系列不重叠的频带，每个频带可用于承载单独的信号。英特尔表示，这让Horse Ridge芯片总共可以控制128个量子位，从而大大减少了所需的电缆和机架仪器数量。

不过英特尔表示，量子位数量的增加会影响芯片容量和操作，从而导致性能和保真度下降。英特尔解释说，已经优化了多路复用技术，可使系统纵向扩展并减少“相移”带来的误差。当以不同的频率控制多个量子位的时候就会发生这种现象，并在各个量子位之间产生串扰。

为了解决这个问题，英特尔对Horse Ridge进行了优化，具有更高的精度，从而使其能够在控制多个量子位的同时适应并自动纠正相移，以提高保真度。

英特尔还表示，Horse Ridge芯片为超导量子位和自旋量子位提供了灵活性，这两种量子位具有更高的稳定性。提高稳定性意味着自旋量子位能够以13至20 GHz的频率运行，而超导量子位通常运行频率可以达到6 GHz至7 GHz。

英特尔还探索了自旋量子位，自旋量子位的工作温度最高可达1 kelvin或者-458华氏度。英特尔说，这项研究可以帮助集成芯片自旋量子位器件和Horse Ridge低温控件，从而以单个简化封装的形式提供量子位和控件。