英特尔研发首款低温控制芯片：可在冰箱中运作，实现多个量子位控制

据路透社报道，美国当地时间周一，英特尔宣布其开发了一款名为“Horse Ridge”的首款低温控制芯片，采用英特尔22nm FinFET工艺制造，与量子计算实验室QuTech共同开发。

研发人员将Horse Ridge芯片设计成一个射频（RF）处理器，能够放置在量子冰箱中运行，实现对多个量子位的控制，进一步简化量子系统的控制设备。

同时，Horse Ridge的编程指令与基本量子位的操作相对应，能转换成可操纵量子位状态的电磁微波脉冲。

Horse Ridge芯片是英特尔首次尝试解决量子计算机的电线问题，不仅加快了全栈量子计算系统的开发步伐，还将进一步推动量子计算机在未来的商用性和实用性发展。

一、当下量子计算机设备运作的难点

与传统计算机相比，量子计算机的优势何在？

简单来说，量子计算机与传统计算机的区别之一在于算力，前者能够解决传统计算机难以处理的大量运算。

例如，面对同样一项庞杂的数据任务，量子计算机能够在短短几分钟内完成，而当今性能最佳的传统计算机也需要花费数千年的时间。

其中的关键则在于量子计算机的内核——量子位。从量子物理学的角度来说，量子位能够同时以多种状态存在，可进行比传统计算机还要高出数倍的大量运算，大大加快了解决复杂问题的速度。

对大多数量子计算机而言，量子位必须保持在一个接近让原子停止移动的极冷温度下运作。因此，量子位常常被放在一个特制的冰箱中，也被称为“量子冰箱”，而其他设备则放置在量子冰箱外围。

但是，控制量子处理器需要数百根连接线进出冰箱，这一线路设计将极大地束缚量子系统的能力，使系统无法扩展到证明量子实用性所需的成百上千个量子位，同时也让量子位发送和接收信息变得非常困难。

这也成为了科学家们在推进量子计算发展过程中必须要解决的问题。

2018年10月，谷歌的研究人员表示，他们已经研发出一种新型计算机。他们声称，这款新型计算机能够超越传统计算机的运算速度。

除此之外，IBM和微软等其他科技巨头也正在量子计算领域投入研发。

二、英特尔的解决方案：将芯片放入冰箱

“英特尔认识到，量子控制是大规模商业量子系统开发过程中的核心环节。”英特尔量子硬件总监Jim Clarke在一份声明中提到。

据悉，英特尔正在进行两项量子研究项目，均针对量子计算机内核的构建方法来进行研究。

英特尔发现，商业规模量子计算的主要瓶颈，在于如何解决电子设备的互联和控制问题。

针对这一难点，英特尔从根本上简化了运行量子系统所需的控制电子设备。

研发人员将Horse Ridge设计成高度集成的混合信号SoC，能够放置在量子冰箱内部并进行运作，也就意味着把量子位控制放置在量子冰箱中，尽可能地靠近量子位本身。

通过简化系统设计，Horse Ridge能够使用复杂的信号处理技术，以加快设置时间和改善量子位性能，还能够让系统高效地扩展到更多的量子位。

这一设计将从量子冰箱进出的数百根电缆简化成单个一体化套件，实现多个量子位控制，有效降低了量子控制工程的复杂性。

有意思的是，Horse Ridge芯片的名字源自美国俄勒冈州的极寒地区，而俄勒冈州也是英特尔许多工厂的所在地。

三、英特尔量子计算研发规划

“通过Horse Ridge，英特尔开发了一个可扩展的控制系统，能够大大加快测试速度并实现量子计算的潜力。”Jim Clarke说到。

Horse Ridge不仅提高了英特尔在设计、测试和优化量子计算机的商业化能力，加快了全栈量子计算系统的开发步伐。对业界来说，这也将为推进量子计算机实用性和商用性的研发，提供了确切的思路和方向。

同时，英特尔也希望这款芯片能够让公司未来研发的量子计算机变得更加使用，且易于构建。

据悉，英特尔在量子计算领域的研究覆盖了整个硬件和软件堆栈，并随着量子计算的研究不断深入并取得进展，英特尔的目标将是让低温控制和硅自旋量子位在相同的温度下工作，这将极大地减少冷却量子系统的挑战。