與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算可以更快地解決一些復(fù)雜的問(wèn)題。

然而，現(xiàn)有的互連和電子控制方法已成為限制量子計(jì)算商業(yè)化的主要瓶頸。

圖1：Horse Ridge II的特寫(xiě)照片，以及它與稀釋冰箱的集成。

在本周舉行的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）上，英特爾將宣布該公司第二代低溫量子控制芯片Horse Ridge II的技術(shù)細(xì)節(jié)。

該芯片凝聚了英特爾集成電路設(shè)計(jì)，英特爾研究院和技術(shù)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。

當(dāng)前，量子計(jì)算機(jī)只能在毫開(kāi)爾文范圍內(nèi)運(yùn)行（僅比絕對(duì)零高出一個(gè)分?jǐn)?shù)）。

但是作為英特爾量子計(jì)算研究的基礎(chǔ)，硅自旋量子位可以在一個(gè)開(kāi)爾文或更高的溫度下工作，這將大大降低冷卻量子系統(tǒng)的難度。

英特爾的低溫控制研究致力于使控制量子位和硅自旋量子位達(dá)到相同的工作溫度水平。

Horse Ridge II的功能Horse Ridge II的設(shè)計(jì)基于第一代SoC的能力，該能力產(chǎn)生射頻脈沖以控制qubit的狀態(tài)（也稱為Qubit Drive），并引入了其他功能，包括讀取狀態(tài)并同時(shí)控制多個(gè)量子位的柵極電勢(shì)。

·Horse Ridge II是高度集成的低溫SoC，由超過(guò)1億個(gè)晶體管組成，采用英特爾的22納米（nm）低功耗FinFET技術(shù)。

其功能和性能已在4個(gè)開(kāi)爾文條件下得到驗(yàn)證。

與上一代產(chǎn)品一樣，Horse Ridge II使用頻率復(fù)用來(lái)減少用于qubit驅(qū)動(dòng)和讀出的射頻（RF）電纜的數(shù)量。

具有集成指令集的數(shù)字密集型體系結(jié)構(gòu)可將低溫芯片完美地集成到現(xiàn)有的量子控制堆棧中。

·它可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)16個(gè)自旋量子位，并具有直接數(shù)字頻率合成器（DDS）架構(gòu)和集成的數(shù)字濾波器以減少串?dāng)_。

目標(biāo)輸出頻率范圍是11至17 GHz。

·集成的微控制器在實(shí)現(xiàn)控制指令集和執(zhí)行算法方面具有更大的靈活性。

·通過(guò)使用RF單電子晶體管反射儀，Horse Ridge II可以同時(shí)讀取多達(dá)6個(gè)量子位的狀態(tài)。

·控制芯片還具有22個(gè)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），以同時(shí)控制多個(gè)qubit的柵極電勢(shì)。

過(guò)去，這些DAC是放置在室溫下的獨(dú)立電子設(shè)備，但現(xiàn)在它們可以通過(guò)電線進(jìn)入低溫冰箱，以控制量子芯片上的柵極電勢(shì)。

主要優(yōu)點(diǎn)：·集成的qubit讀數(shù)可以實(shí)現(xiàn)片上低延遲qubit狀態(tài)檢測(cè)，而無(wú)需存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，從而減少了內(nèi)存使用和能源。

·同時(shí)控制多個(gè)量子位的柵極電勢(shì)的能力對(duì)于有效的量子位讀取以及糾纏和操縱多個(gè)量子位至關(guān)重要。

通過(guò)在集成電路中運(yùn)行可編程的微控制器，Horse Ridge II在執(zhí)行三種控制功能時(shí)提供了高度的靈活性和復(fù)雜的協(xié)調(diào)性。

·Horse Ridge II有潛力取代傳統(tǒng)解決方案中使用的所有高速電子設(shè)備，從而為可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)鋪平了道路。

輔助技術(shù)說(shuō)明如下：圖2：Horse Ridge II低溫控制器的簡(jiǎn)化框圖，并顯示了與qubit芯片的預(yù)期連接。

圖3：上圖：在不同增益設(shè)置下以4K測(cè)得的PA和基帶VGA的量子位驅(qū)動(dòng)器輸出功率。

顯示最大輸出功率為＆lt; -50dBc IM3（兩個(gè)音調(diào)）。

下圖：隨著能量的增加，在時(shí)域中捕獲了一系列高斯脈沖。

圖4：性能摘要。

所有測(cè)量均在4開(kāi)氏溫度下進(jìn)行。