英特尔与QuTech合作开发可编程低温控制芯片，向可扩展量子计算前进

一种经过特殊设计的控制量子比特的芯片，可以在极低的温度下工作，进一步向解决“布线瓶颈”靠近[1]。

来自QuTech和英特尔的研究人员和工程师联合设计并测试了低温芯片，并向可扩展的量子计算机迈出了重要一步，研究成果发表在《自然》杂志上[2]。

量子计算机的每个基本单元，即量子比特，通常由一根导线单独寻址。首席研究员Lieven Vandersypen表示，这阻碍了可扩展量子计算机的发展，因为数百万量子比特需要数百万条线。

该障碍就是上文提到的“布线瓶颈”。在经典计算机中，一个拥有数十亿晶体管的现代处理器只有几千个连接。由于量子比特工作所需的低温环境，而控制量子比特的电子设备在室温下工作，布线问题变得更加严重。

传统的芯片根本无法承受这种极端的温度，因此一种新的低温控制芯片应运而生。

图1｜左边研究人员手拿量子比特, 右边手持Horse Ridge芯片（来源：QuTech）

1. 英特尔Horse Ridge

英特尔和QuTech的工程师们设计了一种特殊的硅基集成电路，抵御寒冷 (比绝对零度高3摄氏度的环境) 的同时还可以控制量子比特[3]。

联合首席研究员Edoardo Charbon表示，团队采用了与传统微处理器相同的技术——CMOS技术。而对于Horse Ridge芯片，团队则是采用了英特尔22纳米低功耗FinFET技术。

由于电子设备在低温下的运行方式非常不同，所以采用特殊技术来设计芯片。既确保了芯片的正常运行，又高精度地控制了量子比特。

最终，控制芯片和量子比特可以集成在同一个芯片或封装上  (因为它们都是用硅制造的)，从而进一步缓解了布线瓶颈。

图2｜Horse Ridge芯片（来源：QuTech）

2. 高保真度和良好的可编程性

为了评估低温Horse Ridge控制芯片的质量，研究人员把它与经典的室温控制芯片做对比发现，该系统的门保真度高达99.7%，且限制因素源于量子比特本身，而不是来自Horse Ridge芯片的控制信号。这对低温控制芯片的性能来说是个好消息。

研究人员还使用一个双量子比特的量子算法，展示了低温控制芯片的可编程性。Deutsch–Jozsa算法是最简单的算法之一，在量子计算机上比经典计算机的效率高得多。

这证明了用任意的操作序列对控制芯片进行编程的能力，并为片上实现和真正可扩展的量子计算机开辟了道路。

封面：

安装在电路板上的英特尔Horse Ridge芯片/Marieke de Lorijn

引用：

[1]https://qutech.nl/2021/05/12/cryo-chip-overcomes-obstacle-to-large-scale-quantum-computers-copy/?cn-reloaded=1

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03469-4

[3]https://qutech.nl/2020/02/19/cryo-chip-overcomes-obstacle-to-large-scale-quantum-computers/

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