在本周於舊金山舉行的國際固態電路會議（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的研發。首次公開的Horse Ridge技術設計，標誌著商業上可行的量子計算發展的一個里程碑。

【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】

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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功能。

為在低溫下良好運行，其特別設計了可擴展的片上系統（SoC），從而簡化擴展和運行大型量子計算系統所需的控制電子器件及互連。

據悉，Horse Ridge 解決了構建足以證明量子實用性的量子系統的基本挑戰—— 可擴展性、靈活性、以及保真度。

當前量子計算的挑戰，在於只能在接近冰點的溫度下才能真正發揮作用，不過英特爾正試圖改變這種狀況。

控制芯片是為在極低溫度下實現控製而邁出的重要一步，因其能夠適應裝有量子計算機的冷藏箱、避免了需要打理數百根線纜的麻煩。

當前，量子研究人員正在使用基於復雜控制和互連機制的小型定制設計系統，來處理少量的量子比特（qubit），但英特爾的Horse Ridge 極大地化解了這種複雜性。

英特爾實驗室量子硬件總監Jim Clarke 在一份聲明中稱，想要構成一套實用的量子計算系統，需要將量子比特擴展到數千個。

而英特爾正在推動量子計算向著實際商用而努力，並且取得了持續的進步。

【2018 年7 月資料圖，英特爾量子硬件部門主管Jim Clarke 在位於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）】

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最後，英特爾在ISSCC 論文中強調了三項關鍵技術（可擴展性、保真度、以及靈活性）的細節。

（1）可擴展性方面：集成式SoC 設計採用了22nm FinFET 低功耗CMOS 技術實現，可將四個射頻（RF）通道集成到單個設備中。

借助’頻分複用’技術，每通道最多可控制32 個量子比特。這項技術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量。

（2）保真度方面：量子比特數的增加，會引發與量子系統容量和運行等相關的其它問題，尤其是保真度與性能的下降。

在Horse Ridge 的開發過程中，英特爾優化了多路復用技術，使系統能伸縮並減少’相移’（phase shift）導致的錯誤。

當以不同的頻率控制諸多量子比特時，就會發生這種現象，導致量子比特之間的串擾。

工程師可以高精度地調節芯片利用的各種頻率，使量子系統能夠適應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範圍，從而控制超導量子比特（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。

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，為整合矽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控件。

據悉，英特爾和QuTech 計劃在太平洋時間週二下午（13:30）的ISSCC 會議上發表有關該主題的論文。