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量子計(jì)算芯片最新動(dòng)態(tài)
英特爾推出了一種針對(duì)量子計(jì)算的新硬件解決方案：Horse Ridge是第一個(gè)低溫控制處理器，旨在加速全棧量子計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)。
量子計(jì)算機(jī)有望解決傳統(tǒng)計(jì)算解決方案無法解決的問題。基本技術(shù)是量子物理學(xué)。由于量子位可以同時(shí)以多種狀態(tài)存在，因此可以用于同時(shí)進(jìn)行多種計(jì)算，從而大大加快了解決復(fù)雜問題的速度。
在量子計(jì)算發(fā)展的開始，科學(xué)家專注于量子位的實(shí)現(xiàn)。如果我們想象一下像硬幣一樣的比特，一旦被拋棄就可以顯示其值為1或0的面，那么一個(gè)qubit就是一個(gè)像陀螺一樣旋轉(zhuǎn)的硬幣-允許它同時(shí)具有更多的值-直到停止讀取為止測量值。英特爾和其他一些組織正在追求可測量電子自旋特性的硅量子處理器。
量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)計(jì)算，但是這樣做會(huì)產(chǎn)生過多的熱量。因此，為了有效，它們必須在接近絕對(duì)零度（即非常接近–273.15°C）下工作。
這些設(shè)備通常是定制設(shè)計(jì)的，往往需要數(shù)百根進(jìn)出低溫冰箱的電纜來控制量子處理器，從而使許多量子計(jì)算系統(tǒng)看起來像是奇怪的蒸汽朋克機(jī)，電纜從四面八方彈出，如下圖：
研究人員在瘋狂地制造量子計(jì)算機(jī)。在通過測試和表征進(jìn)行量子硬件開發(fā)的早期，英特爾確定了實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模量子處理的重大瓶頸：互連和控制電子設(shè)備。
Horse Ridge是與俄勒岡州最寒冷的地區(qū)之一（英特爾在其中開展業(yè)務(wù)最普遍的地區(qū)之一）一起命名的，它是由TU Delft和荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（TNO）合作建立的QuTech研究人員共同開發(fā)的。在創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)的競賽中，許多人都將重點(diǎn)放在硅的實(shí)現(xiàn)上，這在很大程度上是因?yàn)榭梢允褂猛ㄓ玫腃MOS硅工藝來制造硅量子計(jì)算機(jī)。Horse Ridge采用英特爾的22納米FinFET工藝制造。這將大大提高英特爾設(shè)計(jì)，測試和優(yōu)化商用量子計(jì)算機(jī)的能力。
英特爾量子硬件總監(jiān)吉姆·克拉克（Jim Clarke）解釋說，直到現(xiàn)在，量子比特本身還是受到了很大的重視，但是主要挑戰(zhàn)之一是同時(shí)控制多個(gè)量子比特。英特爾的新芯片簡化了量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和尺寸。
Horse Ridge是高度集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)（SoC），可降低量子控制工程的復(fù)雜性。用與基本量子位操作相對(duì)應(yīng)的指令進(jìn)行編程。SoC將這些指令轉(zhuǎn)換為電磁微波脈沖，可以控制量子位的狀態(tài)。
量子計(jì)算機(jī)在毫開爾文范圍內(nèi)工作，該范圍僅比絕對(duì)零高出一個(gè)度數(shù)。硅自旋量子位的性質(zhì)使其可以在1開爾文或更高的溫度下運(yùn)行，這將大大減少量子技術(shù)的冷卻挑戰(zhàn)。
英特爾旨在確保低溫控制器和量子位主軸在相同的溫度水平下運(yùn)行，以創(chuàng)建更高級(jí)，更緊湊的解決方案。通過簡化多個(gè)量子位的控制，Horse Ridge幫助定義了擴(kuò)展更復(fù)雜系統(tǒng)的途徑。英特爾預(yù)計(jì)，結(jié)果將是易于操作的量子計(jì)算機(jī)，這也將使該公司能夠利用其在高級(jí)封裝和互連技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)。
英特爾在研發(fā)方面的投資可確保開發(fā)高效且商業(yè)上可行的量子系統(tǒng)的完整硬件和軟件基礎(chǔ)。有必要強(qiáng)調(diào)小規(guī)模量子系統(tǒng)的重要性，以證明量子位的絕對(duì)潛力。英特爾在馬嶺（Horse Ridge）開發(fā)了可擴(kuò)展的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以加快測試速度和量子計(jì)算的潛力。