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Merriam,ridge

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面向量子計算的英特爾Horse Ridge低溫控制芯片具有哪些特點？

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在本周于舊金山舉行的國際固態(tài)電路會議（ISSCC）上，英特爾攜手 QuTech 宣布了面向量子計算的 Horse Ridge 低溫控制芯片 。作為代爾夫特理工大學（TUDelft）與荷蘭應(yīng)用科學研究組織 TNO 的一項合作，QuTech 旨在加速全棧量子計算系統(tǒng)的研發(fā) 。首次公開的 Horse Ridge 技術(shù)設(shè)計，標志著商業(yè)上可行的量子計算發(fā)展的一個里程碑 。
【英特爾實驗室首席工程師 Stefano Pellerano 展示 Horse Ridge 芯片 。圖自：Intel，via Venture Beat】英特爾實驗室與 QuTech 研究人員在論文中概述了新型低溫量子控制芯片的技術(shù)功能 。為在低溫下良好運行，其特別設(shè)計了可擴展的片上系統(tǒng)（SoC），從而簡化擴展和運行大型量子計算系統(tǒng)所需的控制電子器件及互連 。
據(jù)悉，Horse Ridge 解決了構(gòu)建足以證明量子實用性的量子系統(tǒng)的基本挑戰(zhàn) —— 可擴展性、靈活性、以及保真度 。當前量子計算的挑戰(zhàn)，在于只能在接近冰點的溫度下才能真正發(fā)揮作用，不過英特爾正試圖改變這種狀況 ?？刂菩酒菫樵跇O低溫度下實現(xiàn)控制而邁出的重要一步，因其能夠適應(yīng)裝有量子計算機的冷藏箱、避免了需要打理數(shù)百根線纜的麻煩 。
當前，量子研究人員正在使用基于復(fù)雜控制和互連機制的小型定制設(shè)計系統(tǒng)，來處理少量的量子比特（qubit），但英特爾的 Horse Ridge 極大地化解了這種復(fù)雜性 。英特爾實驗室量子硬件總監(jiān) Jim Clarke 在一份聲明中稱，想要構(gòu)成一套實用的量子計算系統(tǒng)，需要將量子比特擴展到數(shù)千個 。而英特爾正在推動量子計算向著實際商用而努力，并且取得了持續(xù)的進步 。
【2018 年 7 月資料圖，英特爾量子硬件部門主管 Jim Clarke 在位于代爾夫特理工大學的 QuTech 量子計算實驗室，手持擁有 49 個量子比特的測試芯片 。（圖自：Tim Herman / Intel）】最后，英特爾在 ISSCC 論文中強調(diào)了三項關(guān)鍵技術(shù)（可擴展性、保真度、以及靈活性）的細節(jié) 。
（1）可擴展性方面：集成式 SoC 設(shè)計采用了 22nm FinFET 低功耗 CMOS 技術(shù)實現(xiàn)，可將四個射頻（RF）通道集成到單個設(shè)備中 。借助‘頻分復(fù)用’技術(shù)，每通道最多可控制 32 個量子比特 。這項技術(shù)將可用的總帶寬劃分為一系列不重疊的頻帶，每個頻帶均可承載單獨的信號 。通過這四個通道，Horse Ridge 能讓單個設(shè)備控制多達 128 個量子比特，從而大幅減少了此前所需的電纜和機架儀器的數(shù)量 。
（2）保真度方面：量子比特數(shù)的增加，會引發(fā)與量子系統(tǒng)容量和運行等相關(guān)的其它問題，尤其是保真度與性能的下降 。在 Horse Ridge 的開發(fā)過程中，英特爾優(yōu)化了多路復(fù)用技術(shù)，使系統(tǒng)能伸縮并減少‘相移’（phase shift）導(dǎo)致的錯誤 。當以不同的頻率控制諸多量子比特時，就會發(fā)生這種現(xiàn)象，導(dǎo)致量子比特之間的串擾 。
工程師可以高精度地調(diào)節(jié)芯片利用的各種頻率，使量子系統(tǒng)能夠適應(yīng)和自動校正通過同一條 RF 線來控制多個量子比特時的相移，從而提高量子比特門的保真度 。（3）靈活性方面：Horse Ridge 能夠覆蓋相當寬的頻率范圍，從而控制超導(dǎo)量子比特（transmons）和自旋量子比特（spin qubits） 。Transmon 通常在 6-7 GHz 左右運行，Spin Qubits 則是 13-20 GHz 左右 。
【Merriam,ridge】英特爾正在研究可在 1 開爾文溫度下運行的自旋量子比特，為整合硅自旋量子比特器件和 Horse Ridge 的低溫控制部件鋪平了道路 。如此一來，該公司能夠打造一套獨特的解決方案，在一個精簡的封裝中納入量子比特和相關(guān)控件 。據(jù)悉，英特爾和 QuTech 計劃在太平洋時間周二下午（13:30）的 ISSCC 會議上發(fā)表有關(guān)該主題的論文 。

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