加速量子計算，英特爾推出低溫芯片（二）

應對量子計算機的難點

雖然大多數量子芯片和計算機需要放置在絕對零位才能正常運行，但Horse Ridge芯片的工作溫度大約為4開氏度，這比絕對零度略高。

由于這些粒子中的每一個都是單獨控制的，因此布線將量子計算系統的規模擴展到數百或數千個量子比特的能力達到了顯著的性能水平。

Horse Ridge SoC使用復雜的信號處理技術將指令轉換為可操縱量子位狀態的微波脈沖。

解決方案是將盡可能多的控制和讀出電子設備放入制冷機，甚至可能將它們集成到量子位芯片上。

Horse Ridge將控制電子設備集成到一個芯片上，該芯片用于在制冷機內使用qubit芯片進行操作。它使用與基本量子位操作相對應的指令進行編程，將這些指令轉換成微波脈沖，可以控制量子比特的狀態。

Horse Ridge的里程碑意義

一直以來，在實現量子計算機功能、激發其潛力的競賽中，研究人員更關注量子比特的制造，構建了測試芯片，以證明少數以疊加態量子比特強大的能力。

但是，在英特爾早期的量子硬件開發中，包括對硅自旋量子比特和超導量子比特系統的設計、測試和表征，認定了阻止量子計算商業規模化的主要瓶頸：互連和控制。

英特爾認為Horse Ridge開啟了一種“優雅的解決方案”，允許控制多個量子比特，并為將未來構建能控制更多量子比特的系統設定了明確的路徑，是實現量子實用性的重要里程碑。

通過 Horse Ridge，英特爾能夠使量子系統擴展到證明量子實用性所需要的成百上千個量子位，從而實現商業可行的量子解決方案所需的數百萬個量子位。

控制芯片的制造在英特爾內部完成，將極大地提高了公司在設計、測試和優化商業上可行的量子計算機的能力。

這些設備通常是定制設計的，以控制單個量子位，需要數百根連接線進出冰箱。但是，每個量子位的這種廣泛的控制電纜阻礙了將量子系統縮放到證明量子實用性所需的數百或數千個量子位的能力，更不用說商業可行的量子解決方案所需的數百萬個量子位了。

有了Horse Ridge，英特爾可以從根本上簡化操作量子系統所需的控制電子設備。用高度集成的系統芯片取代這些龐大的儀器，將簡化系統設計，并允許使用復雜的信號處理技術來加速設置時間、提高量子位性能，并使系統能夠有效地擴展到更大的量子位計數。

微軟與亞馬遜加入戰場

量子計算是一個熱門的研究領域，雖然還未見到量子計算機為何物，IBM、谷歌、亞馬遜已經在搶奪量子市場了。

量子計算將使大多數消費將通過云來實現，如果能夠成功，量子計算機將會有一個非常驚人的算力提升，從各家透露出的原型圖來看，無不是塊頭巨大、上百根控制線密布的龐然大物。

當然，其他擁有大規模量子比特數量的量子計算公司也在研究同樣的問題。 今年早些時候，谷歌就曾描述了其機器的低溫控制電路的一些思路。簡而言之，因特爾的突破，非常有助于他們推出更高集成度的量子芯片。

·微軟在 11 月的 Ignite 大會上宣布了一項名叫 Azure Quantum 的云計算服務；它將微軟先前發布的量子編程工具與云服務集成，使編碼人員可以在模擬量子硬件或真實的量子計算機上運行量子代碼。

·亞馬遜在 12 月的 AWS re：Invent 上推出了 Amazon Braket 的預覽版；它還表示， “AWS 量子計算中心”的創建工作正在進行中，這是一個位于加州理工學院附近的物理實驗室，將匯集世界領先的量子計算研究人員和工程師，以加速量子計算硬件和軟件的開發。

量子計算目前面臨諸多挑戰，其中一個是超導量子比特僅在接近絕對零度的溫度下才能真正工作。

谷歌和 IBM 在研發量子計算時都需要一套體積龐大的控制和冷卻系統，一些管子的尺寸比人還粗，還需要數百根電線連接到外部微波發射器上。

盡管人們非常重視量子比特本身，但同時控制多個量子比特的能力一直是業界挑戰。英特爾意識到，量子控制是我們開發大規模商用量子計算系統亟需解決的難題之一。這就是為什么我們要投資量子誤差校正和控制。

作為英特爾的競爭對手，谷歌和 IBM 主要專注于超導量子比特的研究，由此驅動的量子計算系統需要在毫開爾文區間內運行，僅比絕對零度高一點點。

但英特爾認為，硅自旋量子比特具備在更高溫度下工作的潛力，約 1 開爾文，希望能借此實現差異化競爭。

結尾：

鑒于英特爾曾經試圖在移動芯片領域復刻計算機芯片的領導地位，傾注數年心血和巨額資金，但依然以失敗告終，現在就稱 Horse Ridge 是顛覆性成果、是超越谷歌和 IBM 的 “殺手锏” 仍然為時尚早。