英特尔(Intel)与QuTech(荷兰德夫特理工大学和荷兰应用科学研究组织共同合作)发表于量子研究中的关键发现,可解决量子晶片与控制量子位元(Qubit)的设备之间的互联问题。量子晶片必须配置于低温稀释冷冻机(Cryogenic dilution refrigerator)中,但量子位元控制设备却处于室温环境,故两者之间的互联要如何建立,一直是很大的技术难题。此一研究成果刊登在业界领先的科学期刊-自然(Nature)中,该文说明了英特尔的低温控制晶片Horse Ridge如何解决量子计算可扩展性的最大难题之一,并让量子计算技术跨过一个重要里程碑。

 

英特尔实验室首席工程师Stefano Pellerano表示,该公司与QuTech所取得的研究成果,已经在定量上证明英特尔的低温控制器Horse Ridge,在控制多个硅量子位元时,能够达成与室温电子元件相同的高精度结果。我们同样能够成功展示单条缆线于2个量子位元的频率多工,为量子计算当中的「布线挑战」奠定基础。这些创新为未来完全整合量子控制晶片的量子处理器开创道路,移除扩展量子尺度的路障。

 

量子计算技术目前仍有许多关键瓶颈,如何在配置于稀释冷冻机中的量子晶片,与室温环境中负责控制量子位元的电子元件之间建立互联,是其中之一。让控制电子元件能够在低温环境下以高精度方式运作,是攻克「互连或布线瓶颈」的关键。英特尔推出Horse Ridge即为解决这项挑战的第一步,这是一款使用英特尔22nm FinFET Low Power技术,为低温控制量子位元所打造的晶片。2020年时,这款晶片已经进化到第二代。Horse Ridge将控制量子电脑运作的关键控制功能带往低温冷冻机内部,以求尽可能地靠近量子位元本身,精简量子系统控制布线的複杂度。

 

这项最新的研究,成功地展示随机测试(Randomized Benchmarking)的结果,显示基于商用CMOS的低温控制器同调控制(Coherent Control) 2个量子位元处理器,能够达成与室温电子元件同样的高精度(99.7%)。这项成就也是量子计算用低温电子元件领域的研究里程碑。

 

英特尔与QuTech已成功透过频率多工,藉由同一条缆线控制2个量子位元。这是个相当重要的概念验证,有鉴于现今每个量子位元均由各自的独立缆线控制,这种方式并无法随著量子位元增加而随之扩展。Horse Ridge旨在透过多工的优势,解决其限制并减少量子位元控制所需的无线电频率缆线。

 

研究团队由执行1个称为Deutsch–Jozsa演算法的双量子位元演算法,展示控制器的可程式化性,该演算法于量子电脑的执行效率明显优于传统电脑。此项研究结果已通过随机测试验证,证实Horse Ridge作为1款简化量子控制电子元件,除了具有高度整合的优势外,亦达到了提高可扩展性的目标,并证明该技术能够直接应用于多量子位元演算法和杂讯中等规模量子设备。