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英特尔实验室推出用于量子计算的低温控制芯片

发布时间:2019/12/10 新闻 浏览次数:587

 
英特尔实验室发布了首款同类产品的低温控制芯片-代号为Horse Ridge的芯片,它将加速量子计算系统的开发。
Horse Ridge将实现对多个量子位(qubit)的控制,并为扩展大型系统设定了明确的途径-这是实现量子实用性的重要里程碑。量子计算面临的挑战是,目前它仅在接近冰点的温度下才能真正工作。英特尔正试图改变这种状况,但是控制芯片是朝着在极低温度下实现控制迈出的一步,因为它消除了进入装有量子计算机的冷藏箱中的数百根电线。
Horse Ridge与代尔夫特理工大学QuTech的英特尔研究合作伙伴合作开发,采用英特尔22纳米FinFET制造技术制造。英特尔表示,这些控制芯片的内部制造将大大提高该公司设计,测试和优化商业上可行的量子计算机的能力。
量子比特已经进行了很多研究,可以同时进行计算。量子硬件总监吉姆·克拉克(Jim Clarke)在英特尔新闻发布会上说,但是英特尔看到控制量子位对开发大规模商用量子系统提出了又一大挑战。这项工作已经在俄勒冈州Ronler Acres的英特尔研究园区进行了五年以上。
“在社区中,这是非常独特的,因为我们将带走您在大学实验室中看到的所有这些电子机架,并使用我们的22纳米技术将其微型化,并将其放入冰箱中,” Clarke说。 “因此,我们开始非常本地地控制我们的量子位,而无需使用许多复杂的冷却导线。”
为什么重要
 
在认识到量子计算机的功能和潜力的竞赛中,研究人员广泛地关注了量子位的制造,构建了测试芯片,以证明少数以叠加方式运行的量子位的指数能力。
但是,在早期的量子硬件开发中,包括设计,测试和表征英特尔的硅自旋量子位和超导量子位系统,英特尔确定了实现商业规模量子计算的主要瓶颈:互连和控制电子。
借助Horse Ridge,英特尔推出了一种解决方案,使该公司能够控制多个量子位,并为将未来的系统扩展到更大的量子位提供了明确的途径-这是实现量子实用性的重要里程碑。
“我们正在研究将量子系统扩展到大量qubit所要采取的措施,”英特尔实验室常务董事Richard Uhlig在接受VentureBeat采访时表示。 “而且我们需要到达那里,因为在达到数千或数百万个量子位之前,您实际上并不会解决有趣的问题。如果要这样做,则必须有一种配置策略,可以大量读取qubit的状态。如今,这些控制电子设备需要在比量子位本身更高的温度下运行。”
量子实用性是什么
 
量子计算机有望利用量子物理学现象解决传统计算机无法处理的问题,该现象使量子位同时存在于多个状态。结果,量子位可以同时进行大量计算,从而大大加快了复杂问题的解决速度。
英特尔承认,量子研究界距离展示量子实用性还差很远,这是确定量子系统是否可以提供改变游戏规则的性能来解决现实世界问题的基准。英特尔在量子计算方面的投资涵盖了完整的硬件和软件堆栈,以追求实用,商业可行的量子系统的开发和商业化。
乌里格说:“量子位在低温下运行,因为它们很脆弱。” “任何噪声,如热噪声,都会使它们分离。因此,控制电子设备也必须在低温下运行,除非您要向其中发送一束电线。”
为什么马岭很重要
迄今为止,研究人员一直致力于构建小型量子系统,以证明量子装置的潜力。在这些努力中,研究人员依靠现有的电子工具和高性能计算规模的仪器将低温冰箱内部的量子系统与调节量子位性能并对系统进行编程的传统计算设备相连接。
这些设备通常是定制设计的,以控制单个量子位,需要数百根连接线进出冰箱。但是,每个量子位的这种广泛的控制电缆阻碍了将量子系统缩放到证明量子实用性所需的数百或数千个量子位的能力,更不用说商业可行的量子解决方案所需的数百万个量子位了。
借助Horse Ridge,英特尔从根本上简化了运行量子系统所需的控制电子设备。用高度集成的片上系统(SoC)代替这些笨重的仪器将简化系统设计,并允许使用复杂的信号处理技术来加快设置时间,改善qubit性能,并使系统有效地扩展到更大的qubit数量。
“一种选择是在室温下运行控制电子设备,并向下铺设同轴电缆以配置量子位。但是您可以立即看到,由于要使用成百上千的电缆,并且将无法使用,因此会遇到扩展问题。” Uhlig说。 “我们对Horse Ridge所做的工作-这就是该低温CMOS控制器的代号-其能够在非常接近量子位本身的温度下运行。它的开氏温度大约为4度。创新之处在于,我们解决了使CMOS在这样的温度下以这种温度运行的挑战,并且在如何控制和配置量子位方面仍然具有很大的灵活性。”
关于马岭
 
Horse Ridge是一种高度集成的混合信号SoC,它将量子位控制引入量子制冷器中-尽可能靠近量子位本身。它有效地降低了量子控制工程的复杂性,从进出冰箱的数百根电缆到在量子设备附近运行的单个统一包装,都可以实现。
被设计为充当射频(RF)处理器来控制冰箱中运行的量子比特的方法,Horse Ridge的编程指令与基本量子比特的操作相对应。它将这些指令转换为电磁微波脉冲,可以控制量子位的状态。
Horse Ridge控制芯片以俄勒冈州最冷的地区之一命名,旨在在大约4开氏温度的低温下运行。为了说明这一点,4开氏温度仅比华氏0度高7华氏度和4摄氏度-温度太低,原子几乎停止移动。
英特尔表示,这一壮举特别令人兴奋,因为英特尔正在研究硅自旋量子位,硅自旋量子位的工作温度可能比当前量子系统所需的温度稍高。
如今,一台量子计算机的工作频率在毫ikelvin范围内,仅比绝对零值高出几分之一。但是硅自旋量子位的性质可以使它们在1开氏温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。
随着研究的进展,英特尔旨在使低温控制和硅自旋量子位在相同的温度水平下运行。这将使该公司能够在一个简化的程序包中创建具有量子位和控件的解决方案。
乌利格说:“这是一个功能齐全的控制器,我们已经在这样的温度下证明了这一点。” “而且,您知道我们已经证明它可以成功运行,并且具有完全的灵活性,您甚至可以将其向下发送到qubit进行控制和读出。