英特尔与IBM纷纷瞄准量子计算

英特尔在量子芯片生产达到关键里程碑

据悉，在英特尔位于俄勒冈州希尔斯伯勒的戈登·摩尔晶体管研发机构，实验室和组件研究部门展示了迄今为止业界最高的硅自旋量子比特芯片的报告产量和均匀性，这些芯片是在英特尔的晶体管研发设施开发的。这一成就代表了在英特尔晶体管制造工艺上扩大规模和努力制造量子芯片的一个重要里程碑。  

该研究是使用英特尔的第二代硅自旋测试芯片进行的。通过使用英特尔低温探测器（一种在低温（1.7 开尔文或-271.45摄氏度）下运行的量子点测试设备）测试设备，该团队隔离了 12 个量子点和四个传感器。这一结果代表了业界最大的硅电子自旋器件，在整个 300 毫米硅晶片的每个位置都有一个电子。  

英特尔的研究表明，使用极紫外（EUV）光刻技术制造的芯片显示出显著的均匀性，整个晶圆的良率达到95%。低温探针的使用以及强大的软件自动化能力，使最后一个电子的900多个单量子点和400多个双量子点，可以在不到24小时内、绝对零度以上被表征出来。

与以前的英特尔测试芯片相比，在低温下表征的设备的良率和均匀性提高，使英特尔能够使用统计过程控制来确定制造过程中需要优化的区域，这种在低温下表征的设备的产量和均匀性的提高代表了朝着商业量子计算机所需的数千甚至数百万量子比特迈出的关键一步。  

量子硬件总监James Clarke讨论了他的公司在利用现有晶体管制造技术制造硅自旋量子比特方面的进展。英特尔利用其半导体制造能力对该公司在该行业的发展至关重要。预计该公司的硅芯片精制实例将被应用于英特尔的先进量子计算。  

在最新的博客文章中提及称第二代硅自旋测试芯片的测试和生产创造了关于该公司在量子芯片制造方面的进展。英特尔的新量子设备是使用Cryoprober进行采样的，在1.7开尔文，或-271.45°C的浅层温度下运行，以保持量子比特的弹性，也允许它们在这种条件下用于计算和利用。  

英特尔将继续开展"室温量子计算机"的工作，这是英特尔在新兴发展领域的又一个挑战。

Cryoprober验证了该公司百分之九十五的量子比特封装芯片被正确处理，这对英特尔来说是非常好的消息，因为大多数量子芯片生产工作都是单一地制造设备，其EUV工艺现在有资格在一块晶圆上制造许多量子芯片，产生相当高的成果。  

随着该公司第二代硅自旋测试芯片的完成，英特尔将利用统计过程控制来进行优化，收集已经达到的进展来瞄准下一代量子芯片。该公司和其他公司面临的挑战是有能力制造充满数百万个量子比特的量子芯片，这在整个行业中目前仍处于早期阶段。   

IBM 未来十年将在半导体、量子计算机等领域投资 200 亿美元

IBM 的超级计算机和量子计算机开发和制造基地宣布计划在哈德逊河谷地区投资 200 亿美元。哈德逊河谷是指纽约州哈德逊河沿岸地区，尤其是北起州府奥尔巴尼，南至纽约市的地区，被誉为工业繁荣发展的代名词。  

对于 IBM 来说，纽约州自 1941 年以来一直是传统办公设备（商用机器）和计算机研发和制造的所在地，曾经是一家半导体工厂（2015 年转让给 GlobalFoundries，然后部分转售给 onsemi）也存在，但现在只剩下半导体研发基地。其中，奥尔巴尼拥有世界上第一个成功开发出采用2nm工艺逻辑器件的半导体研发中心，目前正在开发1nm逻辑工艺。波基普西也被称为大型机中心，最近又被称为量子计算中心。  

IBM表示，200亿美元的投资将用于半导体、大型机、混合云、人工智能和量子计算的研发和制造。通过与纽约州的密切合作，该投资旨在扩大纽约充满活力的技术生态系统并创造大量就业机会。  

在公司，半导体技术的未来是从 Yorktown Heights（核心先进技术研究设施）到 Albany（300mm 开发和原型制作基地），再到 Hudson Valley（半导体应用大型机和量子计算机）的开发和制造基地）。特别是奥尔巴尼下一代半导体开发的产官学联合创新模式有可能成为国家半导体技术中心 (NSTC) 的基础，该中心是根据 CHIPS 法案成立的国家半导体研究机构，旨在加强美国半导体行业。   

量子计算研究

量子计算利用量子物理学的特性，如叠加和纠缠来执行计算。传统晶体管使用电表示为“开”或“关”状态的数据的二进制编码。量子比特或“量子比特”可以同时在多个状态下运行，从而实现前所未有的并行度和计算效率。  

今天的量子系统只包含数十或数百个纠缠的量子比特，限制了它们解决现实世界的问题。为了实现量子实用性，商业量子系统需要扩展到超过一百万个量子比特，并克服量子比特脆弱性和软件可编程性等艰巨挑战。  

英特尔实验室正在行业和学术合作伙伴的帮助下克服这些挑战，并取得了重大进展。首先，英特尔正在利用其在大批量晶体管制造方面的专业知识来开发 “热”硅自旋量子比特，这是一种在更高温度下运行的更小计算设备。其次，Horse Ridge II 低温量子控制芯片提供了更紧密的集成。第三，低温探针能够进行有助于加速商业化的大批量测试。  

尽管距离大规模实施可能还需要数年时间，但量子计算有望在材料、化学品和药物设计、金融和气候建模以及密码学方面取得突破。

来源：英特尔  

2020年，英特尔推出了第二代低温控制芯片 Horse Ridge II，标志着该公司在克服可扩展性方面取得的又一个里程碑，这是量子计算的最大障碍之一。Horse Ridge II 建立在第一代 SoC 生成射频脉冲以操纵量子比特状态的能力之上，称为量子比特驱动。它引入了两个额外的控制功能，为将外部电子控制进一步集成到在低温冰箱内运行的 SoC 中铺平了道路。  

其新功能包括：量子位读数，该功能授予读取当前量子位状态的能力。读数非常重要，因为它允许在不存储大量数据的情况下进行片上、低延迟的量子比特状态检测，从而节省内存和电力；多门脉冲，同时控制多个量子位门的潜力的能力是有效的量子位读出以及多个量子位的纠缠和操作的基础，为通向更具可扩展性的系统铺平了道路。  

增加在集成电路中运行的可编程微控制器使 Horse Ridge II 能够在三个控制功能的执行方式上提供更高水平的灵活性和复杂的控制。微控制器使用数字信号处理技术对脉冲执行额外的滤波，有助于减少量子位之间的串扰。

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