商用量子计算机技术竞争趋向白热化

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英特尔宣布推出17-qubit的超导芯片，并连手荷兰量子运算研究机构QuTech，正面挑战Google与IBM日前推出的量子运算处理器，使得商用量子计算机研发的竞争加剧…
英特尔实验室(Intel Labs)宣布推出17量子位(17-qubit)的CMOS超导体展示平台，可望使量子运算更近一步迈向商用发展。英特尔日前并为其研究伙伴——荷兰量子运算研究机构QuTech提供原型，以便在其量子算法上进行测试，以及验证该设计的商用关联性。
英特尔在2015年加入量子计算机竞赛，当时曾斥资5,000万美元与QuTech连手开发量子运算。研究人员们的目的在于将英特尔的CMOS设计与制造专长以及QuTech在连接、控制和测量多个纠缠量子位的专业技术结合起来，共同加速有效量子计算机的商用化发展。
在今年的国际固态电路会议(ISSCC 2017)上，合作双方共同发表了“15.5 Cryo-CMOS电路与系统现可扩展的量子运算”(15.5 Cryo-CMOS circuits and systems for scalable quantum computing)一文，展示整合低温CMOS控制系统的关键电路模块，可冷却达20毫开氏(mK)温度(较太空深处更低250倍)。研究人员并展示一套可实现空间多任务的可扩展“表面程序代码”除错机制，描述于美国物理学会(APS)、QuTech的多位工程师与量子运算研究人员David Michalak合着的论文中。Intel Labs发表17-qubit的超导芯片架构与封装，可提高产量、性能和稳定性（来源：Intel）
研究人员们同时致力于两项研究，使量子值达到优化：自旋量子制造流程采用英特尔300mm CMOS工艺，以及超导原型的封装进展。由于该原型采用新的封装系统，并透过支持全错误校正、提升良率与性能的架构，从而实现17-qbit的量子运算。
负责管理这项研究任务的是英特尔量子硬件总监Jim Clarke，以及新技术研究总监Jim Held。Clarke说：“英特尔的量子计算机硬件相对来说较新，但正在快速进展中。我喜欢Apollo任务，因为它能排除万难，在短短的几年内能到达月球。同样地，英特尔与QuTech的合作也能快速迈向商用化量子计算机。”英特尔量子硬件总监Jim Clarke展示测试芯片（来源：Intel）
Held表示，双方的合作计划正开始组装“量子算法的完整软件堆栈，包括从量子位作业到所需的软、硬件架构，以及量子应用本身。在2016年，我们打造了一个拥有42-qubit的大型量子位仿真器——后来还扩展到45-qubit，可执行于英特尔的超级计算机，这使我们得以在量子硬件准备好商用化之际，也同时拥有一个开发量子软件的可用平台。”
英特尔声称其量子计算机架构解决了多年来其他团队遇到的许多问题，例如D-Wave Systems Inc.、Google Labs、IBM、Microsoft Labs、Quantum Circuits Inc.、Rigetti Computing和美国国家标准技术研究所(NIST)等单位的研究。
例如，英特尔采用各种氦气同位素冷取量子位至极低温度(20mK或-459℉)，以取代使硬件冷却到一致的温度，例如易于达到的液态氮温度(77K或-320℉)或甚至是液态氦的温度(4K或-452℉)。Clarke说，极度冷却的目标在于达到零错误率，因而更具有商用化的可能性。
他说，“然而，整合低温CMOS控制系统的关键电路模块只需要更容易达到的4K温度就可以了。”
英特尔摆脱了其他实验室用于快速概念验证展示的标准线接合技术，而是选择了一种可扩展的方法，可使量子位输入与输出更高10到100倍的信号。英特尔研究伙伴QuTech以量子算法测试原型（来源：Intel）
Clarke说：“我们与QuTech长期合作设计该芯片及其封装，以便打造更具有商用可行性、更通用的量子计算机，最终并为英特尔大幅提高在量子计算机竞赛中的筹码。”例如，D-Wave正寻求量子退火技术以解决优化的问题，而英特尔的目的是为传统数字计算机解决许多难以克服的问题。
英特尔的组件研究部门以及组装测试与技术开发部门共同设计该芯片与封装技术，从而使量子位之间的射频(RF)干扰降至最低。
当然，英特尔的17-qubit超导芯片目前还只是一个验证概念；相形之下，D-Wave已经在今年实现从1,000个跃升到2,000个超导量子位了，可望以量子退火技术克服商用优化的问题。英特尔表示，该公司选择17-qubit作为验证其表面程序代码纠错方案所需的最小数量，显示它将有助于空间多任务扩展到未来的商用级量子计算机。