在北京時間12月4日舉辦的英特爾研究院開放日活動上,英特爾推出第二代低溫控制芯片Horse Ridge II,這標(biāo)志著英特爾在突破量子計算可擴(kuò)展性方面取得又一個里程碑??蓴U(kuò)展性是量子計算的最大難點(diǎn)之一。在2019年推出的第一代Horse Ridge控制器的創(chuàng)新基礎(chǔ)上,Horse Ridge II支持增強(qiáng)的功能和更高集成度,以實(shí)現(xiàn)對量子系統(tǒng)的有效控制。新功能包括操縱和讀取量子位狀態(tài)的能力,以及多個量子位糾纏所需的多個量子門的控制能力。
英特爾研究院組件研究事業(yè)部量子硬件總監(jiān)Jim Clarke表示:
“憑借Horse Ridge II,英特爾繼續(xù)在量子低溫控制領(lǐng)域引領(lǐng)創(chuàng)新,發(fā)揮集成電路設(shè)計、研究院和技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)跨學(xué)科的深厚專業(yè)積淀。我們認(rèn)為,僅僅增加量子位的數(shù)量而不解決由此產(chǎn)生的布線復(fù)雜性,這就好比擁有一輛跑車,但總是堵在車流中。Horse Ridge II進(jìn)一步簡化了量子電路的控制,我們期待這一進(jìn)展能夠提高保真度,降低功率輸出,讓我們朝著‘無堵車’的集成量子電路發(fā)展再向前邁進(jìn)一步。”
目前早期的量子系統(tǒng)使用室溫電子設(shè)備,這些設(shè)備由很多同軸線纜連接到稀釋制冷機(jī)中的量子位芯片??紤]到制冷機(jī)的外形規(guī)格、成本、功耗和熱負(fù)荷,這種方法無法擴(kuò)展用于大量量子位。借助最初版本的Horse Ridge,英特爾邁出了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的第一步,從根本上簡化了各項(xiàng)需求:不再需要對設(shè)備使用多個機(jī)架,也不再需要讓成千根電線進(jìn)出制冷機(jī)來運(yùn)行量子計算設(shè)備。相反,英特爾用高度集成的片上系統(tǒng)(SoC)代替了這些笨重的儀器,從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計,并使用復(fù)雜的信號處理技術(shù)來加快設(shè)置時間,改善量子位性能,并讓工程團(tuán)隊(duì)能夠有效地將量子系統(tǒng)擴(kuò)展到更大的量子位數(shù)。
Horse Ridge II的設(shè)計基于第一代SoC產(chǎn)生射頻脈沖以操縱量子位狀態(tài)的能力,也稱為量子位驅(qū)動(Qubit Drive)。它引入了兩個額外的控制功能,從而可以將外部電子控件進(jìn)一步集成到在低溫制冷機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的SoC中。
新功能包括:
·量子位讀數(shù)(Qubit readout):該功能允許讀取當(dāng)前量子位狀態(tài)。該讀數(shù)意義重大,因?yàn)樗试S進(jìn)行片上低延遲量子位狀態(tài)檢測,而無需存儲大量數(shù)據(jù),從而節(jié)省了內(nèi)存和功耗。
·多柵極脈沖(Multigate Pulsing):能夠同時控制多個量子位柵極的電位,這對于有效的量子位讀取以及多個量子位的糾纏和操作至關(guān)重要,并為打造更具擴(kuò)展性的系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
通過增加在集成電路內(nèi)運(yùn)行的可編程微控制器,讓Horse Ridge II能夠就三種控制功能的執(zhí)行方式上擁有更高級別的靈活性和復(fù)雜的控制。該微控制器使用數(shù)字信號處理技術(shù)對脈沖進(jìn)行額外濾波,有助于減少量子位之間的串?dāng)_。
Horse Ridge II使用英特爾®22納米低功耗FinFET技術(shù)(22FFL),其功能已在4開爾文溫度下得到驗(yàn)證。如今,一臺量子計算機(jī)的工作環(huán)境為毫開爾文范圍,僅比絕對零度高幾分之一。但是硅自旋量子位(英特爾量子工作的基礎(chǔ))具有可在1開爾文或更高溫度下運(yùn)行的特性,這將大大降低量子系統(tǒng)制冷的難度。
英特爾的低溫控制研究重點(diǎn),是致力于讓控件和硅自旋量子位達(dá)到相同的工作溫度水平。正如Horse Ridge II所展示的那樣,這一領(lǐng)域的不斷進(jìn)步,代表了當(dāng)今大力擴(kuò)展量子互連所取得的進(jìn)步,也是英特爾實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性長期愿景的關(guān)鍵要素。
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