英特尔和QuTech推出用于量子计算的低温控制芯片

今天在旧金山召开的国际固态电路会议上，英特尔和QuTech——德尔夫特理工大学和TNO（荷兰应用科学研究组织）的合作伙伴——正在公布第一款用于量子计算的低温控制芯片的技术设计，他们称之为Horse Ridge。

英特尔实验室和QuTech的研究人员在一篇研究论文中概述了这种新型低温量子控制芯片的技术特点。他们设计了可扩展的系统芯片(SOC)，以在低温下运行，简化了控制电子设备和互连，这是优雅地扩展和运行大型量子计算系统所必需的。

Horse Ridge解决了构建量子系统的基本挑战，其强大到足以证明量子实用性——可扩展性、灵活性和保真度。

量子计算的挑战在于，目前，它仅在接近冰点的温度下才能真正发挥作用。 英特尔正试图改变这种状况，但控制芯片是朝着在极低温度下实现控制迈出的一步，因为它消除了进入容纳量子计算机的冷藏箱中的数百根电线。

目前，量子研究人员使用更小的、由复杂控制和互连机制包围的定制设计的系统，只研究少量的量子位。英特尔的Horse Ridge大大降低了这种复杂性。

英特尔实验室的量子硬件主任吉姆·克拉克在一份声明中说，通过系统地将量子计算扩展到数千个量子位，英特尔正在朝着使商业上可行的量子计算成为现实的方向稳步前进。

为什么它很重要？

量子研究界仍在马拉松式地向量子实用性前进。将量子计算应用于现实世界的问题，首先依赖于同时缩放和控制数千个量子位元的能力，这种能力具有很高的保真度。

英特尔表示，通过使用高度集成的SOC，以更快的设置时间、更好的量子位性能和更大量子位计数所需的有效扩展，Horse Ridge简化了目前操作这样一个量子系统所需的复杂控制电子设备。

ISSCC文件强调了三个关键领域的技术细节:

可扩展性:集成SoC设计，使用英特尔的22纳米FinFET低功耗CMOS技术实现，将四个射频(RF)通道集成到一个设备中。每个信道都可以通过“频率复用”来控制多达32个量子位。“频率复用”是一种技术，它将可用的总带宽分成一系列互不重叠的频带，每个频带都用来携带一个单独的信号。有了这四个通道，Horse Ridge可以用一个设备控制128个量子位，大大减少了之前需要的电缆和机架设备的数量。

保真度:量子位计数的增加引发了其他挑战量子系统容量和操作的问题。其中一个潜在的影响是量子位保真度和性能的下降。在开发Horse Ridge的过程中，Intel优化了多路复用技术，使系统能够扩展并减少“相位偏移”带来的误差。“相位偏移”是一种现象，当控制多个量子位在不同的频率上时，就会产生量子位之间的串扰。工程师们可以利用Horse Ridge来调节各种频率，精度极高，使量子系统在控制多个量子比特时能够适应并自动校正相移，从而提高量子门的保真度。

灵活性：Horse Ridge可以覆盖宽的频率范围，能够控制超导量子比特（称为传输子）和自旋量子比特。Transmons通常工作在6-7GHz左右，而自旋量子位工作在13-20GHz左右。英特尔正在探索硅自旋量子位，这种量子位有可能在高达1开尔文的温度下工作。这项研究为集成硅自旋量子位器件和Horse Ridge的低温控制创造了一种解决方案，将量子位和控制集成在一个流线型的封装中。

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