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英特尔和QuTech推出用于量子计算的Horse Ridge低温控制芯片

今天,在本周在旧金山举行的国际固态电路会议上,英特尔和QuTech(代尔夫特理工大学和TNO(荷兰应用科学研究组织)之间的合作伙伴关系)将首次公开技术设计。用于量子计算的同类产品低温控制芯片,他们称为Horse Ridge。

英特尔实验室和QuTech研究人员在研究论文中概述了新型低温量子控制芯片的技术功能。他们设计了可扩展的片上系统(SOC)以在低温下运行,从而简化了优雅地扩展和运行大型量子计算系统所需的控制电子器件和互连。

Horse Ridge解决了构建足以证明量子实用性的量子系统的基本挑战-可伸缩性,灵活性和保真度。

量子计算的挑战在于,目前,它仅在接近冰点的温度下才能真正发挥作用。英特尔正在努力改变这种状况,但是控制芯片是朝着在极低温度下进行控制迈出的一步,因为它消除了进入容纳量子计算机的冷藏箱中的数百根电线。

当前,量子研究人员正在使用由复杂控制和互连机制围绕的较小的,定制设计的系统来处理少量的量子位或量子位。英特尔的Horse Ridge大大降低了这种复杂性。

英特尔实验室量子硬件总监吉姆·克拉克(Jim Clarke)在一份声明中表示,通过系统地努力扩展到量子实用性所需的数千个量子比特,英特尔正在朝着使商业上可行的量子计算成为现实的方向不断取得进展。

为什么重要

量子研究界距离实现量子实用性还差很远。将量子计算应用于现实世界的问题首先取决于能否以高保真度同时缩放和控制数千个qubit。

英特尔表示,Horse Ridge通过使用高度集成的SOC来简化设置这种量子系统所需的复杂控制电子设备,以缩短设置时间,改善量子位性能,并有效地扩展到实际应用所需的更大量子位。

ISSCC论文重点介绍了三个关键领域的技术细节:

可扩展性:采用英特尔22纳米FinFET低功耗CMOS技术实现的集成SoC设计,将四个射频(RF)通道集成到单个设备中。通过利用“频率复用”技术,每个通道最多可以控制32个量子位。这项技术将可用的总带宽划分为一系列不重叠的频带,每个频带均用于承载单独的信号。通过这四个通道,Horse Ridge可以通过单个设备控制多达128 qubit,从而大大减少了以前所需的电缆和机架仪器的数量。

保真度:量子比特数的增加会引发其他挑战量子系统容量和运行的问题。这样的潜在影响之一是量子位保真度和性能的下降。在开发Horse Ridge时,英特尔优化了多路复用技术,使系统能够缩放并减少“相移”带来的误差。这种现象在以不同频率控制许多量子位时会发生,从而导致了量子位之间的串扰。工程师可以高精度地调整Horse Ridge所利用的各种频率,从而使量子系统能够适应并在使用同一条RF线控制多个量子位时自动校正相移,从而提高了量子位门的保真度。

灵活性:Horse Ridge可以覆盖很宽的频率范围,从而可以控制超导量子位(称为transmon)和自旋量子位。Transmon通常在6-7GHz左右运行,而自旋量子位在13-20GHz左右运行。英特尔正在研究硅自旋量子位,它有可能在高达1开氏温度的温度下运行。这项研究为整合硅自旋量子位器件和Horse Ridge的低温控件铺平了道路,从而创建了一种解决方案,可在一个简化的封装中提供量子位和控件。

英特尔和QuTech将在太平洋时间周二太平洋时间1:30在ISSCC上发表有关该主题的论文。

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