突破擴展性難題！英特爾發(fā)布第二代Horse Ridge低溫量子控制芯片

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，這標志著英特爾在突破量子計算可擴展性方面取得又一個里程碑?？蓴U展性是量子計算的最大難點之一。在2019年推出的第一代Horse Ridge控制器的創(chuàng)新基礎上，Horse Ridge II支持增強的功能和更高集成度，以實現(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)在量子低溫控制領域引領創(chuàng)新，發(fā)揮集成電路設計、研究院和技術開發(fā)團隊跨學科的深厚專業(yè)積淀。我們認為，僅僅增加量子位的數(shù)量而不解決由此產(chǎn)生的布線復雜性，這就好比擁有一輛跑車，但總是堵在車流中。Horse Ridge II進一步簡化了量子電路的控制，我們期待這一進展能夠提高保真度，降低功率輸出，讓我們朝著‘無堵車’的集成量子電路發(fā)展再向前邁進一步。”

目前早期的量子系統(tǒng)使用室溫電子設備，這些設備由很多同軸線纜連接到稀釋制冷機中的量子位芯片?？紤]到制冷機的外形規(guī)格、成本、功耗和熱負荷，這種方法無法擴展用于大量量子位。借助最初版本的Horse Ridge，英特爾邁出了應對上述挑戰(zhàn)的第一步，從根本上簡化了各項需求：不再需要對設備使用多個機架，也不再需要讓成千根電線進出制冷機來運行量子計算設備。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)設計，并使用復雜的信號處理技術來加快設置時間，改善量子位性能，并讓工程團隊能夠有效地將量子系統(tǒng)擴展到更大的量子位數(shù)。

Horse Ridge II的設計基于第一代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一步集成到在低溫制冷機內(nèi)部運行的SoC中。

新功能包括：

·量子位讀數(shù)(Qubit readout)：該功能允許讀取當前量子位狀態(tài)。該讀數(shù)意義重大，因為它允許進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重要，并為打造更具擴展性的系統(tǒng)奠定了基礎。

通過增加在集成電路內(nèi)運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雜的控制。該微控制器使用數(shù)字信號處理技術對脈沖進行額外濾波，有助于減少量子位之間的串擾。

Horse Ridge II使用英特爾®22納米低功耗FinFET技術（22FFL），其功能已在4開爾文溫度下得到驗證。如今，一臺量子計算機的工作環(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）具有可在1開爾文或更高溫度下運行的特性，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，是致力于讓控件和硅自旋量子位達到相同的工作溫度水平。正如Horse Ridge II所展示的那樣，這一領域的不斷進步，代表了當今大力擴展量子互連所取得的進步，也是英特爾實現(xiàn)量子實用性長期愿景的關鍵要素。

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