英特尔和QuTech披露首款低温量子计算控制芯片“Horse Ridge”细节

来源:业界供稿    2020-02-19 15:42:34

关键字: 量子计算 英特尔

英特尔研究院首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge芯片。新款的低温控制芯片将加快全堆栈量子计算系统的发展,在商业上可行的量子计算机发展进程中,这是一个重要里程碑。

2020年2月18日——英特尔研究院联合QuTech(由荷兰代尔夫特理工大学与荷兰国家应用科学院联合创立),在旧金山举办的2020年国际固态电路会议(ISSCC)上发布了一份研究报告,概述了其全新低温量子控制芯片Horse Ridge的关键技术特点。该报告揭示了Horse Ridge的关键技术能力,这些能力为强大量子系统的构建解决了一系列重大挑战,使该系统能够体现量子实用性:可扩展性、灵活性和保真度。

英特尔和QuTech披露首款低温量子计算控制芯片“Horse Ridge”细节

英特尔研究院首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge芯片。新款的低温控制芯片将加快全堆栈量子计算系统的发展,在商业上可行的量子计算机发展进程中,这是一个重要里程碑。(图片来源:Walden Kirsch/英特尔公司)

英特尔研究院量子硬件总监Jim Clarke表示:“如今,量子研究人员只用到少量的量子位,他们使用的是规模较小、定制化的系统,有着复杂的控制和互连机制。英特尔的Horse Ridge大大降低了这种复杂性。为了实现量子实用性需要数千个量子位,而通过系统性地将规模扩展至数千个量子位,我们正继续稳步推进,让商业上可行的量子计算在未来成为现实。”

落实量子实用性是一场漫长的马拉松,而量子研究界目前才刚刚跑完这场马拉松的头一公里。要想将量子计算应用于实际问题,就必须能扩展到数千个量子位,同时还要控制这些量子位,并保证高保真度。Horse Ridge使用高度集成的片上系统(SoC)来加快设置速度,极大地简化了当前运行量子系统所需的复杂控制电子设备,并改进了量子位性能,同时还使系统能够高效扩展到量子计算所需的更多量子位,以便解决实际存在的现实应用问题。

研究报告中包括的关键技术细节:

可扩展性:采用英特尔22nm FFL(FinFET低功耗)CMOS技术部署的集成式SoC设计,将4个射频(RF)频道集成到一个设备之中。利用“频率复用”技术,每一个频道可以控制多达32个量子位。该技术将多路基带信号调制到一系列不重叠的频带上,每个频带用来传送单独的信号。

利用这4个频道,Horse Ridge可望通过单个设备控制多达128个量子位,与以往相比能显著减少所需的电缆和机架仪表数量。

保真度:量子位数量的增加会其他问题,对量子系统容量和运行提出挑战。这方面的潜在影响之一就是量子位保真度和性能的下降。在开发Horse Ridge的过程中,英特尔优化了频率复用技术,该技术可以支持系统扩展,并减少“相移”错误。相移是指在不同频率控制多个量子位时出现的一种现象,会导致量子位之间的串扰。

Horse Ridge使用的多个频率可以高精度“调谐”,使量子系统在用同一射频线路控制多个量子位时,能够适应并自动校正相移,提高量子门保真度。

灵活性:Horse Ridge可以覆盖很宽的频率范围,能够控制超导量子位(称为传输子)和自旋量子位。传输子的频率通常在6千兆赫(GHz)至7千兆赫左右,而自旋量子位频率则为13千兆赫至20千兆赫左右。

英特尔正在研究硅自旋量子位,这种量子位有可能在高达1开尔文的温度下工作。有了这项研究奠定的基础,英特尔有望成功集成硅自旋量子位器件和Horse Ridge的低温控制器,从而创建一种解决方案,将量子位和控制器件集成到一个精简封装中。

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