（圖片來(lái)源：英特爾）

最近，在美國(guó)物理學(xué)會(huì)（APS）的三月會(huì)議上，英特爾不僅介紹了公司最新發(fā)表的14篇論文成果，并透露了公司的量子戰(zhàn)略計(jì)劃。

在英特爾看來(lái)，實(shí)用的量子計(jì)算未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走，可能長(zhǎng)達(dá)十年左右，所以他們不打算提供面向NISQ的應(yīng)用程序產(chǎn)品。作為經(jīng)典計(jì)算微處理器領(lǐng)導(dǎo)者，圍繞開(kāi)發(fā)量子計(jì)算相關(guān)工程復(fù)雜性，英特爾制定了長(zhǎng)期路線(xiàn)圖：致力于面向未來(lái)提供強(qiáng)大的量子處理器芯片和糾錯(cuò)功能。

優(yōu)于超導(dǎo)量子比特

英特爾表示，他們?cè)诹孔佑?jì)算競(jìng)賽中的最大優(yōu)勢(shì)，是利用硅晶體管構(gòu)建高性能計(jì)算模塊方面的能力。盡管幾年前，英特爾圍繞超導(dǎo)量子計(jì)算進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，并構(gòu)建了一個(gè)代號(hào)為“Tangle Lake”的49個(gè)量子比特芯片，然而英特爾還是轉(zhuǎn)向了硅基自旋量子比特領(lǐng)域。

英特爾指出，相比超導(dǎo)量子比特，自旋量子比特有著顯著優(yōu)勢(shì)，例如每個(gè)量子比特的裸片面積縮小了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這在英特爾的最新研究成果中得到了驗(yàn)證：他們實(shí)現(xiàn)了在單個(gè)300mm的硅晶圓上集成了超過(guò)10,000個(gè)硅基自旋量子比特陣列。

并且基于自旋量子比特技術(shù)，英特爾可以通過(guò)自家芯片晶圓廠(chǎng)來(lái)生產(chǎn)該芯片，而不需要再安裝新的制造設(shè)備。

英特爾表示，與其他團(tuán)隊(duì)使用電子束光刻、原子層沉積和剝離硅處理器等技術(shù)不同，他們采用的是先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)EUV（極紫外）光學(xué)光刻、等離子蝕刻、CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）以及大規(guī)模193nm光刻工藝構(gòu)建硅基自旋量子比特芯片。經(jīng)過(guò)在制造設(shè)施中不斷優(yōu)化晶體管制造工藝和步驟的多年經(jīng)驗(yàn)，英特爾的先進(jìn)制造方法已具備了高產(chǎn)量、高精度、低污染、高勻度、高再生性?xún)?yōu)勢(shì)。

在技術(shù)優(yōu)勢(shì)之外，英特爾正與供應(yīng)商合作，利用在高質(zhì)量材料化學(xué)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以生產(chǎn)更純凈的硅原料——28 Si，以確保制造能力。28 Si是一種硅原子的同位素，不表現(xiàn)出核自旋特性，而有助于提高相干時(shí)間。

在當(dāng)前的經(jīng)典晶體管加工生產(chǎn)中，廠(chǎng)商們使用的是含有28 Si、? 29 Si 和 30 Si 混合物的天然硅，后兩種同位素具有固有的核自旋特性，對(duì)于生產(chǎn)硅基自旋量子比特來(lái)說(shuō)就需要被剔除。

另外，在英特爾的最新成果中，還解釋了“英特爾”量子門(mén)：門(mén)大?。╣ate sizes）代表了在隧道勢(shì)壘控制設(shè)計(jì)中被捕獲的電子堆積數(shù)量以及柱塞、阻擋結(jié)構(gòu)的數(shù)量（見(jiàn)下圖），有55門(mén)、23門(mén)、17門(mén)、7門(mén)。這些配置僅支持最近鄰耦合，最小的配置具有3個(gè)量子比特，最大的配置支持幾十個(gè)量子比特。

基于硅自旋量子比特，英特爾報(bào)告了良好的相干性和保真度數(shù)：基于自旋量子比特技術(shù)，其松弛時(shí)間T1（激發(fā)態(tài)|1?向基態(tài)|0? 衰減所需的時(shí)間）約為14-65毫秒，相干時(shí)間T2約為1微秒，單量子比特隨機(jī)基準(zhǔn)測(cè)試保真度接近99.9%。英特爾表示，如果采用純28 Si原料，測(cè)量結(jié)果無(wú)疑將更進(jìn)一步改善。

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自旋量子比特設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)概念圖（圖片來(lái)源：英特爾）

走全棧量子計(jì)算路線(xiàn)

2019年，英特爾與BlueFors（芬蘭超低溫稀釋制冷機(jī)測(cè)量系統(tǒng)制造商）和Afore（芬蘭微機(jī)電系統(tǒng)測(cè)試解決方案提供商）合作開(kāi)發(fā)了一臺(tái)可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到1.6開(kāi)爾文低溫的晶片探測(cè)器。

這是在該領(lǐng)域邁出的關(guān)鍵一步。在開(kāi)發(fā)超導(dǎo)或自旋量子比特芯片中，所面臨的一項(xiàng)特殊挑戰(zhàn)是，芯片需要冷卻到開(kāi)爾文或毫開(kāi)爾文溫度才能進(jìn)行測(cè)試。英特爾表示，新設(shè)備將低溫探測(cè)器的能力改進(jìn)了1000 倍，它將使英特爾工程師可更快地迭代和改進(jìn)芯片設(shè)計(jì)。

英特爾還在研究的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：開(kāi)發(fā)一種可放置在量子比特附近的cryoCMOS控制芯片，并大大縮減從室溫電子設(shè)備到量子芯片的稀釋制冷器之間的布線(xiàn)。隨著單個(gè)系統(tǒng)的量子比特?cái)?shù)量不斷擴(kuò)大到1000甚至更多，這將是一個(gè)關(guān)鍵的機(jī)械工程問(wèn)題。2020年，英特爾聯(lián)合QuTech開(kāi)發(fā)了一種名為Horseridge II的低溫量子控制芯片，已進(jìn)入測(cè)試階段。

在硬件開(kāi)發(fā)之外，下圖顯示了英特爾在軟件方面的規(guī)劃。在量子計(jì)算的布局上，英特爾追求全棧式路線(xiàn)：

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英特爾全棧式量子計(jì)算系統(tǒng)規(guī)劃圖

（圖片來(lái)源：英特爾）

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目前，英特爾已自研了軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）、帶有基于LLVM架構(gòu)的C++編譯器和系統(tǒng)軟件工作流程，旨在高效執(zhí)行經(jīng)典/量子變分算法。

其中，優(yōu)化的編譯器可接管用戶(hù)程序并以最有效的方式將其編譯為處理器的原始門(mén)集，從而控制經(jīng)典處理器和量子處理器之間的所有交互，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)作。SDK支持用戶(hù)像開(kāi)發(fā)一些不同的模擬器一樣開(kāi)發(fā)量子點(diǎn)芯片。同時(shí)，英特爾的軟件團(tuán)隊(duì)也在研究如何在基于自旋量子比特的量子處理器上運(yùn)行這些算法。

英特爾透露，公司并不打算在短期內(nèi)為終端用戶(hù)提供量子計(jì)算云訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)。隨著競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們紛紛加入到量子計(jì)算競(jìng)賽中，作為過(guò)去近50年半導(dǎo)體行業(yè)和計(jì)算創(chuàng)新領(lǐng)域的全球性領(lǐng)先廠(chǎng)商，英特爾能否再現(xiàn)往日榮耀？

原文鏈接：https://quantumcomputingreport.com/a-look-at-intels-quantum-computing-efforts/

文：Quantum Computing Report編譯：李每編輯：慕一
注：本文編譯自“?Quantum Computing Report”，不代表量子前哨觀(guān)點(diǎn)。