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英特尔与QuTech公布首款低温量子运算控制晶片Horse Ridge
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 报导】   2020年02月20日 星期四

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英特尔实验室(Intel Labs)与荷兰台夫特理工大学(TU Delft)以及荷兰应用科学研究组织(TNO)所共同成立的研究机构QuTech合作,於旧金山举行的2020年国际固态电路研讨会(ISSCC)发表的研究论文中,概述了其新型低温量子控制晶片Horse Ridge的关键技术特性。这篇论文公布Horse Ridge的关键技术功能,这些功能解决了建构出足以展示量子实用性(可扩展性、弹性和保真度) 的量子系统时的基本挑战。

英特尔实验室首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge晶片。
英特尔实验室首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge晶片。

英特尔实验室量子硬体总监Jim Clarke表示,现今的量子研究人员仅能使用少量的量子位元(qubits),以及围绕着复杂控制和互连机制的较小型客制化设计系统。英特尔的Horse Ridge大幅降低了这种复杂性,透过系统化扩展到量子实用性所需的数千个量子位元,我们将持续朝着在未来实践量子运算的商业可行性的目标稳步迈进。

量子研究界仍处於起步阶段,距离展示量子实用性仍有很长的一段路。量子运算能否应用於实际问题取决於能否在高保真度下同时扩展和控制数千个量子位元。Horse Ridge透过使用高度整合式系统单晶片大幅简化现今运作这类量子系统所需的复杂控制电子设备,以缩短设置时间、改善量子位元效能,并有效地扩展到量子运算解决实际应用所需的更多量子位元数量 。

研究论文中提及的关键技术细节包括:

可扩展性:采用英特尔22奈米FFL(FinFET低功耗)CMOS技术实现的整合式系统单晶片设计,将四个射频通道整合到单一装置当中。每个通道都可以利用「分频多工」的方式控制多达32个量子位元,该技术将可用的总频宽划分为一系列不重叠的频带,每个频带均用於承载独立的信号。Horse Ridge利用这四个通道,可透过单一装置控制多达128 个量子位元,从而大幅减少了先前所需的电缆和机架仪器的数量。

保真度:量子位元数的增加会引发其他挑战量子系统容量和运行的问题,其潜在影响之一是量子位元保真度和效能的下降。在开发Horse Ridge时,英特尔将多工技术最隹化,使系统能够扩大规模并减少「相位偏移」所带来的误差。这种现象在以不同的频率控制许多量子位元时会发生,从而导致量子位元之间的串扰。Horse Ridge所利用的各种频率都可以进行高精度的「调谐」,使量子系统能用同一个射频频率控制多个量子位元时调整并自动校正相移,以提高量子位元的量子闸保真度。

弹性:Horse Ridge可覆盖广泛的频率范围,以控制超导量子位元和自旋量子位元。Transmon通常在6至7 GHz左右的频率下运行,而自旋量子位元则在13至20 GHz的频率下运行。英特尔正在研究矽自旋量子位元,其有可能在高达1克耳文(K)的温度下工作。这项研究为整合矽自旋量子位元装置和Horse Ridge的低温控件奠定基础,以建置可在一个精简封装中提供量子位元和控制元件的解决方案。

關鍵字: Intel 
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