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    英特尔Horse Ridge II简化量子控制系统的复杂性

      [  中关村在线 原创  ]   作者:尹航

    近几年,英特尔在量子计算领域取得了极大突破,并且推出了首款低温量子计算控制芯片 “Horse Ridge”。而在近期举办的国际固态电路会议(ISSCC)上,英特尔公布了第二代低温量子控制芯片HorseRidge II的技术细节,这意味着英特尔在量子计算领域的研发稳步推进。

    与传统计算机相比,量子计算能够以更快的速度解决某些复杂问题。然而,现有的互连和电子控制方式成为了制约量子计算进入商用的主要瓶颈。


    Horse Ridge II及其与稀释制冷机

    Horse Ridge II凝结了英特尔集成电路设计、英特尔研究院和技术开发团队多个领域的专业技术和知识。

    目前,量子计算机只能在毫开尔文范围(仅比绝对零度高出几分之一度)内运行。但是作为英特尔量子计算研究的基础,硅自旋量子位可以在一开尔文或更高温度下工作,这将大幅降低量子系统制冷的难度。英特尔的低温控制研究致力于让控制量子位和硅自旋量子位实现相同的操作温度水平。

    那么Horse Ridge II有哪些特性呢?

    Horse Ridge II的设计基于第一代SoC产生射频脉冲以操纵量子位状态的能力,也称为量子位驱动(Qubit Drive),并引入了额外的功能,包括读取量子位状态和同时控制多个量子位栅极电位。

    Horse Ridge II是高度集成的低温SoC,由超过1亿个晶体管组成,使用了英特尔22纳米(nm)低功耗FinFET技术。其功能和性能已在4开尔文条件下完成验证。

    和上一代一样,Horse Ridge II利用频率复用(frequency multiplexing)来减少用于量子位驱动和读出的射频(RF)电缆的数量。一个具有集成指令集的数字密集型架构可使低温芯片完美地集成到现有的量子控制堆栈中。

    可驱动多达16个自旋量子位,并具有直接数字式频率合成器(DDS)架构和集成数字滤波器以减轻串扰,目标输出频率范围为11至17GHz。

    集成的微控制器在实现控制指令集和执行算法方面具有更大的灵活性。

    通过使用RF单电子晶体管反射仪,Horse Ridge II可同时读取多达6个量子位的状态。

    该控制芯片还具有22个高速数字模拟转换器(DAC),以同时控制多个量子位的栅极电位。以前这些DAC是放置在室温下的独立电子器件,但现在可以通过导线进入到低温制冷机中以控制量子芯片上的栅极电位。


    Horse Ridge II低温控制器的简化框图


    在4K测得的PA和基带VGA在不同增益设置下的量子位驱动器输出功率


    此外英特尔还公布了Horse Ridge II的主要优势,包括:

    集成量子位读出可以实现片上、低延迟量子位状态检测,无需存储大量数据,从而减少内存和能源的使用。

    同时控制多个量子位栅极电位的能力对于有效的量子位读出以及多个量子位纠缠和操作至关重要。

    通过在集成电路中运行可编程微控制器,Horse Ridge II在执行三种控制功能方面提供高度的灵活性并实现复杂协调。

    Horse Ridge II有可能取代传统解决方案中使用的所有高速电子器件,为可扩展的量子计算机铺平道路。

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