英特尔向研究交付12量子比特测试芯片

待最终完成，具备商业可行性的系统也许会在2030年之后正式亮相……当然，只是也许。

英特尔正向美国多所高校及研究机构交付其最新量子芯片，希望推动量子计算机技术的发展，包括处理多量子比特的技术方案。

芯片巨头此次向各研究实验室提供的，是Tunnel Falls 12量子比特测试芯片。率先一睹其真容的有马里兰大学、罗切斯特大学、威斯康星大学玫迪逊分校以及桑迪亚国家实验室。

英特尔量子硬件负责人James Clarke表示，“我们希望建立研究生态系统。”

“纵观整个半导体社区历史上取得的所有重大进步，无论是晶体管性能、还是用于构建晶体管的工具生态，都一定要经历这个阶段。我们需要吸引更多研究者建立并加入这样一个生态系统，推动量子计算在未来十年内也跨过这道里程碑。”

Clarke这里所说的“里程碑”，是指推出具备商业可行性的量子系统。他认为这个目标“要到2030年之后”才能实现，但英特尔目前正在为此奠定基础。

Tunnel Falls是一款12量子比特的测试芯片，采用英特尔硅量子点技术打造而成。此芯片由英特尔俄勒冈州D-1研发制造工厂生产而成，与公司其他普通芯片采取类似的300毫米标准晶圆工艺。

Clarke解释道，英特尔的量子开发思路是“搭顺风车”，即充分借用半导体行业数十年来在CMOS晶体管小型化和工艺完善方面投入的努力。

“我们将量子技术集中在CMOS这项基础技术之上，尽可能以制造晶体管的工具来构建量子芯片。”

千万别被貌似艰深的概念所吓倒，硅量子点技术其实就是打造基于单电子的晶体管。单个电子会被捕捉在晶体管的栅极下方，且该电子具有自旋这一量子特性，并以向上或向下来表示量子比特的0或1。

芯片上各个门附近还设有传感器，可指示电子处于自旋向上、还是自旋向下的状态。

作为测试芯片，Tunnel Falls可实现多种不同结构，分别代表量子比特设计上的几种可能性。当然，整个系统必须在-271摄氏度（合-456华氏度）的超低温环境下运行。

Clarke宣称，这块晶圆的良品率已经达到95%，且“这些设备在极低温度下表现出的电压均匀性，实际与CMOS逻辑过程非常相似。”虽然量子性能尚未最终确定，但“其产量与均匀性同先进的CMOS工艺基本一致。”

下一步就是与各研究实验室合作建立生态系统，共同打造出具备实用性价值的量子系统。

Clarke表示，“Tunnel Falls基于CMOS技术，这也是我们能够快速推进研究的诀窍所在。我们将42年间漫长的晶体管发展历史浓缩到了量子比特当中，这种对晶体管知识积累的充分发掘，也成为英特尔与众不同的优势所在。”

“这款芯片将支撑起前所未有的技术实验，带来可处理多个量子比特的新方法。就在我们测试这款芯片的同时，英特尔还在着手开发下一代设计。没错，下一代量子芯片已经在路上了。”

“我们将继续提高Tunnel Falls的性能，几乎每周都会有所改进。另外向大家预告一下，预计下一代芯片将在2024年发面。”

从长远来看，英特尔希望构建起完整的量子系统，而不仅仅是量子芯片。

Clarke强调，“英特尔将提供完整的量子技术栈。届时将有一台大型量子计算机，其中搭载量子芯片外加大量控制芯片，全部基于英特尔的技术。可能还会有与之配套的HPC系统或超级计算机，负责处理接入量子计算机的指数级数据量。”

“也就是说，英特尔完全可以凭借自身架构和制造能力构建起所有组件，在量子计算市场上处于独一无二的地位。那我们会直接销售这些系统，还是借助云端开放量子即服务？我觉得谈这些还太早，先解决量子系统中的现实难题再说吧。”

他同时警告称，量子计算还有很长的路要走。除了英特尔这种循序渐进的方法，其他竞争对手也在努力推进自己的功能性量子系统探索之旅。

Clarke指出，“常常有人问我，还要多长时间才会有可用的量子计算机面世，我的回答是10到15年。但也有些量子厂商表示，他们将在5年之内交付可供商业使用的量子计算机。”

“当下，市面上的量子计算系统最高可提供几百个量子比特。这些系统的主要作用是是探索应用边界，在特定问题上实现超越经典超级计算机的解决能力。”

“几年之后，也许是四到六年，我们将迎来数千个量子比特并解决纠错难题，掌握四位数级别的物理量子比特并运行起算法。也就是说，那时候我们将真正拥有逻辑或长寿命量子比特，能在不丢失信息的情况下完成大量操作。”

但他也坚称，真正的商用量子计算系统需要先把量子比特的数量级推到百万，同时辅以可靠的纠错机制。而这一切恐怕至少要到2030年之后才有希望。