英特尔第二代Horse Ridge低温量子控制芯片,将量子计算机操作的关键控制功能放入制冷设备内,尽可能地接近量子比特,从而简化了量子系统控制线路的复杂性。

全球最大的芯片厂商英特尔,推出新一代量子控制芯片-量子客
图1|英特尔量子系统(来源:Intel)

 

新在哪里

英特尔在其最近的一次活动中,宣布推出第二代低温控制量子芯片Horse Ridge II,标志着公司克服了量子计算中的可扩展性难题。

全新的低温控制芯片支持更强的功能和更高的集成度,更加“优雅”地控制量子系统。有操纵和读取量子比特状态的新功能,也可以控制纠缠多个量子比特所需的多个门。

英特尔量子硬件的组件研究人员表示,增加量子比特的数量是一方面,但是解决由此产生的复杂线路又是另一方面,二者必须兼顾

Horse Ridge II进一步简化了量子电路,在提高保真度、降低输出功率方面十分有前景。

 

革新的重要性

早期的量子系统使用带有许多同轴电缆的室温电子设备,再将电缆连接至制冷设备内的量子芯片上。由于种种因素,这一方法限制了量子比特数量的扩展。

目前,有了一代Horse Ridge[2]的经验,英特尔从根本上简化了操作量子计算机所需的设备和电线,用其高度集成的单片系统(System on a Chip,SoC)简化了系统设计,并使用复杂的信号处理技术来缩短设置时间,提高了量子比特的性能,从而更有效地扩展量子比特数量。

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图2|Horse Ridge一代(来源:Intel)

 

关于新功能

Horse Ridge II是基于第一代SoC产生的射频脉冲,来控制量子比特的状态,称为量子比特驱动。它有两个额外附加的控制功能,为的是进一步将外部电子控制集成到低温制冷设备内。

新功能可以实现:第一,量子比特读出,也就是读取当前量子比特的状态。这点十分重要,因为可以节省内存和功耗。

第二,多门脉冲。此功能可以同时控制多个量子比特门的电势,对于有效的量子比特读出、多个量子比特的纠缠和操作,至关重要。也是为了将来可以实现更具扩展性的系统。

通过在集成电路中增加一个可编程微控制器,Horse Ridge II可以实现三种控制功能的执行,更具灵活性。微控制器使用数字信号处理技术对脉冲进行额外的滤波,有助于减少量子比特之间的串扰。

Horse Ridge II使用英特尔22纳米低功耗FinFET技术(22FFL),已在4开尔文(零下269摄氏度)的温度下得到了验证。

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图3|22FFL(来源:Intel)

现在的量子计算机是在毫开尔文的范围内工作,仅比绝对零度高出零点几度,对超级低温的要求非常高,有很大的技术性难度。

但是,英特尔采用的硅自旋量子比特可以在1开尔文(零下272摄氏度)或更高的温度下运行,这将大大降低制冷量子系统的难度。

英特尔的低温控制研究致力于使控件和硅自旋量子比特达到相同的工作温度水平。正如Horse Ridge II所展示的,该领域的不断进步代表了扩展量子互联的进步,且是英特尔实现量子长期实用性[3]的关键因素。

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图4|量子实用性(来源:Intel)

英特尔将在2021年2月的国际固态电路研讨会(International Solid-State Circuits Conference,ISSCC)上,展示这项研究的其他技术性细节。

 

参考链接:

[1]https://newsroom.intel.com/news/intel-debuts-2nd-gen-horse-ridge-cryogenic-quantum-control-chip/#gs.n5ga7t

[2]https://newsroom.intel.com/news/intel-qutech-unveil-details-first-cryogenic-quantum-computing-control-chip-horse-ridge/#gs.n97el1

[3]https://newsroom.intel.com/editorials/what-it-will-take-make-quantum-computers-practical/#gs.n97fob

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:Sakura