首款低温控制芯片—Horse Ridge

HorseRidge 由 Intel 和 QuTech(QuTech 为 荷兰国家应用科学院与 荷兰代尔夫特工业大学联合创立的量子研究中心)共同打造;采用的是 Intel 22 纳米 FinFET 技术。
 
作为首款低温控制芯片,Horse Ridge 能够在大约 4 开尔文的低温下工作。直观上来说,4 开尔文仅比绝对零度高一点点其温度之低,几乎让原子停止运动。但 Horse Ridge 能够工作,这一成果令人激动,因为硅自旋量子位有望在略高于当前量子系统所需的温度下工作。有趣的是,这款芯片的代号 Horse Ridge,正是美国俄勒冈州最冷的一个地区。如今,量子计算机在毫开尔文温度范围内运行,只比绝对零度高几分之一度。但是硅自旋量子位的特性使其能够在 1 开尔文或更高温度下工作,这将极大地减少冷却量子系统的挑战。

 

Horse Ridge 是实现量子计算实用性的重要里程碑

抛开 Horse Ridge 在低温方面的优势,Intel 还在声明中将其称之为“实现量子计算实用性的重要里程碑”,这是因为 Horse Ridge 可以帮助人们更快地从量子理论过渡在量子实用性。
 
就目前的情况而言,研究人员大多都致力于构建小规模的量子系统,以证明量子设备的潜力。他们依靠现有的电子工具和高性能计算机架级仪器,将量子系统与传统计算设备相连,但如果要控制量子处理器,则需要数百根连接线。然而,这样广泛的控制布线将会束缚量子系统的能力。
 
但 Horse Ridge 的出现让上述问题有了解决方案,通过 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。通过用高度集成的系统芯片(SoC)来代替这些庞大的仪器,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、改善量子位性能,并使系统能够高效扩展到更多的量子位。Horse Ridge 是高度集成的混合信号系统芯片,将量子位控制引入量子冰箱中,以尽可能靠近量子位本身。Horse Ridge 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简化到在量子设备附近运行的单个一体化套件。也就是说,通过 Horse Ridge,Intel 能够使量子系统扩展到证明量子实用性所需要的成百上千个量子位,从而实现商业可行的量子解决方案所需的数百万个量子位。
 
HorseRidge 被设计成一个射频(RF)处理器,用来控制在冰箱里运行的量子位,其编程指令与基本量子位的操作相对应,这些指令将被转换成可操纵量子位状态的电磁微波脉冲。Intel 还表示,控制芯片的制造在 Intel 内部完成,将极大地提高了公司在设计、测试和优化商业上可行的量子计算机的能力。

 

量子计算是新型计算模式

所谓的量子计算,是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。量子计算机有望解决传统计算机无法处理的问题,因为量子位可以同时以多种状态存在。借助这一量子物理学现象,量子位能够同时进行大量计算,从而大大加快了解决复杂问题的速度。如果说展示量子实用性是一场马拉松,那么量子研究领域才刚刚跑完一英里。量子研究领域应以量子实用性为基准,确定一个量子系统是否能够提供颠覆性的性能,从而解决现实世界的问题。英特尔在量子计算上的投资涵盖了整个硬件和软件堆栈,旨在开发一个实用、商业上可行的量子系统,并使其投入商用。

 

早在 2017 年,就有消息报道称英特尔在量子计应用上迈出了一大步,开发出了一种新型超导芯片,并把它交给了荷兰合作伙伴 QuTech 测试。这也让人们意识到,量子计算或将是下一个重大技术变革;在 2018 年 CES 大会上,英特尔再次公布了一款 49 qubit 量子芯片,CEO Brian Krznich 称其为量子计算领域的突破性进展,同时也代表着“量子优势”的下一步方向。

 

科技巨头积极布局量子计算

近年来,科技巨头纷纷投入对量子计算的研发中,热度持续高涨。比如人们熟知的谷歌IBM、微软等科技公司,都开始积极研究这项技术。在今年 5 月,微软联手 Alphabet 合作推出量子计算编程课,囊括量子计算理论、微软的量子计算编程语言 Q#以及如何为从简单到复杂的情景编写程序。

 

同年 11 月,IBM 也宣布了自己的量子计算进展,一是首款上线的 IBM Q 系统将配备 20 量子比特处理器,同时在超导量子比特设计、连接性和应用开发包方面都将有所改善。二是成功构建并测量了具有类似性能指标的 50 量子比特原型处理器。这款新的处理器扩展了 20 量子比特架构,将会在下一代 IBM Q 系统中使用。

 

谷歌的量子计算进展或许最为超前。在近日谷歌还成功演示了利用实验性量子计算机,在大约 200 秒内完成传统超级计算机一万年才能完成的计算量,引发人们热议。

 

量子计算的出现或许能让计算机的计算能力大幅度提升,它是属于未来的先进技术。但是要想实现大规模量子计算还要面对不少问题,如何长时间地保持足够多的量子比特的量子相干性,同时又能够在这个时间段之内做出足够多的具有超高精度的量子逻辑操作,要实现这些目标依然有很长的路要走。

 

结尾

总的来说,量子计算将改变计算方式,这是毋庸置疑且意义深远的。但目前,量子计算仍然是一个非常年轻的领域,还存在很大的科技突破空间,它要从实验室走到商业市场,也并不是一件容易的事情。