Ai芯天下丨巨头丨量子计算商用里程碑：英特尔推出马岭低温控制芯片

前言：

新的低温控制芯片将加速全堆栈量子计算系统的发展，标志着商业上可行的量子计算机的发展的一个里程碑。

量子计算虽好但难度也高

虽然量子计算机算力惊人，能够在数分钟内创造最棒的传统计算机“几千年”才能提供的算力。

但从各家透露出的原型图来看，无不是块头巨大、上百根控制线密布的庞然大物。这一现状从今天起有望得到根本性的转变。

量子计算在现阶段的挑战在于，它只能在接近冰点的温度下工作。而英特尔正在试图改变这一状况。

英特尔将量子实用所需的量子比特扩展到数千位，从而在使商业上可行的量子计算成为现实方面取得了稳步进展。

英特尔研究院发布首个代号为“马岭”的低温控制芯片，以加速全堆栈量子计算系统的发展。作为量子实用化道路上的一个重要里程碑，马岭实现了对多个量子位的控制，并为向更大系统的扩展指明了方向。

实现商业规模量子计算的真正瓶颈

Horse Rdige芯片基于英特尔22纳米FinFET工艺，由英特尔与QuTech（由荷兰代尔夫特理工大学与荷兰国家应用科学院联合创立）共同开发。

控制芯片的制造在英特尔内部完成，将极大地提高英特尔在设计、测试和优化商业上可行的量子计算机的能力。这款全新低温控制芯片将加快全栈量子计算系统的开发步伐，标志着商业上可行的量子计算机发展到新的里程碑。

英特尔认识到，量子控制是大规模商用量子系统开发过程中的核心环节，这也是英特尔投资量子纠错和控制技术的原因。

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。

在实现量子计算机的功能和潜力的竞赛中，研究人员广泛关注量子位的制造，构建测试芯片，以证明以叠加方式运行的少数量子位就能指数级提高计算能力。

但在早期的量子硬件开发过程中，如在英特尔硅自旋量子位和超导量子位系统的设计、测试和表征中，英特尔发现实现商业规模量子计算的主要瓶颈是互连和控制电子设备。

凭借Horse Ridge，英特尔推出了一个精巧的解决方案，它能够控制多个量子位，并为系统将来扩展到更多的量子位指明了方向，这是实现量子实用性道路上的一个重要里程碑。

解决在绝对零度工作的难题

目前，研究人员一直致力于构建小规模的量子系统，以证明量子设备的潜力。在这些尝试中，研究人员依靠现有的电子工具和高性能计算机架级仪器，将低温冰箱内的量子系统与调节量子位性能并对系统进行编程的传统计算设备相连。

然而，这种针对每个量子位的广泛控制布线将会束缚量子系统的能力，使其无法扩展到证明量子实用性所需要的成百上千个量子位，更不用说商业可行的量子解决方案所需的数百万个量子位了。

Horse Ridge被设计成一个射频（RF）处理器，用来控制在冰箱里运行的量子位，其编程指令与基本量子位的操作相对应，这些指令将被转换成可操纵量子位状态的电磁微波脉冲。

Horse Ridge是一款高度集成、混合信号的低温片上系统（SoC），硅片面积为4 x 4mm2，采用英特尔22nm FFL （FinFET低功耗）CMOS技术。Horse Ridge将静态随机存取存储器（SRAM）、数字核心和模拟／射频（RF）电路集成到单个封装中，用微波脉冲操纵量子系统中量子位的状态。

通过Horse Ridge，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。通过用高度集成的系统芯片（SoC）来代替这些庞大的仪器，将简化系统设计，并允许使用复杂的信号处理技术来加快设置时间、改善量子位性能，并使系统能够高效扩展到更多的量子位。