Intel低温量子计算控制芯片中 最多可对128个量子位进行控制

2019年12月11日，Intel研究院宣布推出代号为“Horse Ridge”的首款低温控制芯片，实现了对多个量子位的控制，可加快全栈量子计算系统的开发步伐，堪称量子实用性道路上的一个重要里程碑。

2020年2月18日，Intel研究院联合QuTech（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ISSCC 2020年国际固态电路会议上发布了一份研究报告，首次披露了全新低温量子控制芯片“Horse Ridge”的诸多关键技术特点。

基于这些能力，Intel解决了构建强大量子系统所面临的一系列重大挑战，大大增强了量子实用性，包括可扩展性、灵活性、保真度。

Intel强调，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SoC片上系统来加快设置速度，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。

Intel研究院首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge芯片

Horse Ridge关键技术细节：

- 可扩展性：

采用Intel 22nm FFL（FinFET低功耗） CMOS工艺制造，集成式SoC设计，将四个RF射频频道集成在一个设备之中。

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。

利用这四个频道，Horse Ridge可望通过单个设备控制多达128个量子位，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带来其他问题，对量子系统容量和运行提出挑战，潜在影响之一就是量子位保真度和性能的下降。

Horse Ridge优化了频率复用技术，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（传输子）和自旋量子位。

传输子的频率通常在6-7GHz左右，自旋量子位频率则为13-20GHz左右。

Intel正在研究硅自旋量子位，有可能在高达1开尔文（零下272.15摄氏度）的温度下工作。

有了这项研究奠定的基础，Intel有望成功集成硅自旋量子位器件和Horse Ridge的低温控制器，从而将量子位和控制器件集成到一个精简封装中。

Intel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。Intel 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。”