加速量子计算，英特尔推出低温芯片（二）

应对量子计算机的难点

虽然大多数量子芯片和计算机需要放置在绝对零位才能正常运行，但Horse Ridge芯片的工作温度大约为4开氏度，这比绝对零度略高。

由于这些粒子中的每一个都是单独控制的，因此布线将量子计算系统的规模扩展到数百或数千个量子比特的能力达到了显着的性能水平。

Horse Ridge SoC使用复杂的信号处理技术将指令转换为可操纵量子位状态的微波脉冲。

解决方案是将尽可能多的控制和读出电子设备放入制冷机，甚至可能将它们集成到量子位芯片上。

Horse Ridge将控制电子设备集成到一个芯片上，该芯片用于在制冷机内使用qubit芯片进行操作。它使用与基本量子位操作相对应的指令进行编程，将这些指令转换成微波脉冲，可以控制量子比特的状态。

Horse Ridge的里程碑意义

一直以来，在实现量子计算机功能、激发其潜力的竞赛中，研究人员更关注量子比特的制造，构建了测试芯片，以证明少数以叠加态量子比特强大的能力。

但是，在英特尔早期的量子硬件开发中，包括对硅自旋量子比特和超导量子比特系统的设计、测试和表征，认定了阻止量子计算商业规模化的主要瓶颈：互连和控制。

英特尔认为Horse Ridge开启了一种“优雅的解决方案”，允许控制多个量子比特，并为将未来构建能控制更多量子比特的系统设定了明确的路径，是实现量子实用性的重要里程碑。

通过 Horse Ridge，英特尔能够使量子系统扩展到证明量子实用性所需要的成百上千个量子位，从而实现商业可行的量子解决方案所需的数百万个量子位。

控制芯片的制造在英特尔内部完成，将极大地提高了公司在设计、测试和优化商业上可行的量子计算机的能力。

这些设备通常是定制设计的，以控制单个量子位，需要数百根连接线进出冰箱。但是，每个量子位的这种广泛的控制电缆阻碍了将量子系统缩放到证明量子实用性所需的数百或数千个量子位的能力，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。

有了Horse Ridge，英特尔可以从根本上简化操作量子系统所需的控制电子设备。用高度集成的系统芯片取代这些庞大的仪器，将简化系统设计，并允许使用复杂的信号处理技术来加速设置时间、提高量子位性能，并使系统能够有效地扩展到更大的量子位计数。

微软与亚马逊加入战场

量子计算是一个热门的研究领域，虽然还未见到量子计算机为何物，IBM、谷歌、亚马逊已经在抢夺量子市场了。

量子计算将使大多数消费将通过云来实现，如果能够成功，量子计算机将会有一个非常惊人的算力提升，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。

当然，其他拥有大规模量子比特数量的量子计算公司也在研究同样的问题。 今年早些时候，谷歌就曾描述了其机器的低温控制电路的一些思路。简而言之，因特尔的突破，非常有助于他们推出更高集成度的量子芯片。

·微软在 11 月的 Ignite 大会上宣布了一项名叫 Azure Quantum 的云计算服务；它将微软先前发布的量子编程工具与云服务集成，使编码人员可以在模拟量子硬件或真实的量子计算机上运行量子代码。

·亚马逊在 12 月的 AWS re：Invent 上推出了 Amazon Braket 的预览版；它还表示， “AWS 量子计算中心”的创建工作正在进行中，这是一个位于加州理工学院附近的物理实验室，将汇集世界领先的量子计算研究人员和工程师，以加速量子计算硬件和软件的开发。

量子计算目前面临诸多挑战，其中一个是超导量子比特仅在接近绝对零度的温度下才能真正工作。

谷歌和 IBM 在研发量子计算时都需要一套体积庞大的控制和冷却系统，一些管子的尺寸比人还粗，还需要数百根电线连接到外部微波发射器上。

尽管人们非常重视量子比特本身，但同时控制多个量子比特的能力一直是业界挑战。英特尔意识到，量子控制是我们开发大规模商用量子计算系统亟需解决的难题之一。这就是为什么我们要投资量子误差校正和控制。

作为英特尔的竞争对手，谷歌和 IBM 主要专注于超导量子比特的研究，由此驱动的量子计算系统需要在毫开尔文区间内运行，仅比绝对零度高一点点。

但英特尔认为，硅自旋量子比特具备在更高温度下工作的潜力，约 1 开尔文，希望能借此实现差异化竞争。

结尾：

鉴于英特尔曾经试图在移动芯片领域复刻计算机芯片的领导地位，倾注数年心血和巨额资金，但依然以失败告终，现在就称 Horse Ridge 是颠覆性成果、是超越谷歌和 IBM 的 “杀手锏” 仍然为时尚早。