英特爾量子芯片，重磅公布

英特爾今天宣布發(fā)布其最新的量子研究芯片 Tunnel Falls，這是一種 12 量子比特的硅芯片，并將該芯片提供給量子研究社區(qū)。此外，英特爾還與馬里蘭大學(xué)物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (LPS)、帕克學(xué)院量子位合作實(shí)驗(yàn)室 (LQC) 以及國家級量子信息科學(xué) (QIS) 研究中心合作，以推進(jìn)量子計(jì)算研究。

“Tunnel Falls 是英特爾迄今為止最先進(jìn)的硅自旋量子比特芯片，它借鑒了公司數(shù)十年的晶體管設(shè)計(jì)和制造專業(yè)知識，”英特爾量子硬件總監(jiān) Jim Clarke 解釋道?！靶滦酒陌l(fā)布是英特爾構(gòu)建全棧商用量子計(jì)算系統(tǒng)長期戰(zhàn)略的下一步。雖然在容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的道路上仍然存在必須解決的基本問題和挑戰(zhàn)，但學(xué)術(shù)界現(xiàn)在可以探索這項(xiàng)技術(shù)并加速研究發(fā)展?！?/p>

目前，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)沒有像英特爾這樣的大批量制造制造設(shè)備。有了 Tunnel Falls，研究人員可以立即開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，而不是嘗試制造自己的設(shè)備。因此，更廣泛的實(shí)驗(yàn)成為可能，包括更多地了解量子位和量子點(diǎn)的基礎(chǔ)知識，以及開發(fā)用于使用具有多個(gè)量子位的設(shè)備的新技術(shù)。

為了進(jìn)一步解決這個(gè)問題，英特爾通過美國陸軍研究辦公室與 LQC 合作，作為計(jì)算代工量子位 (QCF) 計(jì)劃的一部分，為研究實(shí)驗(yàn)室提供英特爾的新量子芯片。與 LQC 的合作將使研究人員能夠獲得使用這些量子位的縮放陣列的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而幫助實(shí)現(xiàn)硅自旋量子位的民主化。該計(jì)劃旨在加強(qiáng)勞動(dòng)力發(fā)展，為新的量子研究打開大門，并發(fā)展整個(gè)量子生態(tài)系統(tǒng)。

首批參與該計(jì)劃的量子實(shí)驗(yàn)室包括 LPS、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室、羅徹斯特大學(xué)和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校。LQC 將與英特爾合作，使 Tunnel Falls 可供更多大學(xué)和研究實(shí)驗(yàn)室使用。從這些實(shí)驗(yàn)中收集的信息將與社區(qū)共享，以推進(jìn)量子研究并幫助英特爾提高量子位性能和可擴(kuò)展性。

LPS 量子信息科學(xué)部主任 Charles Tahan 表示：“LPS Qubit Collaboratory 與陸軍研究辦公室合作，致力于解決量子位開發(fā)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并培養(yǎng)下一代科學(xué)家，他們將創(chuàng)造明天的量子位?！?. “英特爾的參與是使自旋量子比特的探索民主化及其對量子信息處理的承諾的一個(gè)重要里程碑，并體現(xiàn)了 LQC 將工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、國家實(shí)驗(yàn)室和政府聚集在一起的使命?！?/p>

桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室杰出技術(shù)人員 Dwight Luhman 博士說：“桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室很高興成為 Tunnel Falls 芯片的接收者。該設(shè)備是一個(gè)靈活的平臺(tái)，使桑迪亞的量子研究人員能夠直接比較不同的量子比特編碼并開發(fā)新的量子比特操作模式，這在以前對我們來說是不可能的。這種復(fù)雜程度使我們能夠在多量子位體系中創(chuàng)新新穎的量子操作和算法，并加快我們在硅基量子系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)速度。Tunnel Falls 的預(yù)期可靠性也將使桑迪亞能夠快速入職并培訓(xùn)從事硅量子位技術(shù)工作的新員工?！?/p>

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理系系主任兼 John Bardeen 物理學(xué)教授 Mark A. Eriksson 說：學(xué)生有機(jī)會(huì)使用受益于英特爾微電子專業(yè)知識和基礎(chǔ)設(shè)施的工業(yè)設(shè)備，為技術(shù)進(jìn)步以及教育和勞動(dòng)力發(fā)展開辟了重要機(jī)會(huì)?！?/p>

Tunnel Falls 是英特爾向研究界發(fā)布的第一款硅自旋量子比特設(shè)備。該 12 量子位設(shè)備在 D1 制造工廠中以 300 毫米晶圓制造，利用了英特爾最先進(jìn)的晶體管工業(yè)制造能力，例如極紫外光刻 (EUV) 以及柵極和接觸處理技術(shù)。在硅自旋量子比特中，信息（0/1）被編碼在單個(gè)電子的自旋（上/下）中。每個(gè)量子位設(shè)備本質(zhì)上都是一個(gè)電子晶體管，這使得英特爾能夠使用與標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 邏輯處理線中使用的流程類似的流程來制造它。

英特爾認(rèn)為，硅自旋量子位優(yōu)于其他量子位技術(shù)，因?yàn)樗鼈兣c前沿晶體管具有協(xié)同作用。作為晶體管的大小，它們比其他大約 50 納米 x 50 納米的量子比特類型小 100 萬倍，可能允許有效縮放。根據(jù) Nature Electronics 的說法，“硅可能是最有潛力提供大規(guī)模量子計(jì)算的平臺(tái)。”

同時(shí)，利用先進(jìn)的 CMOS 生產(chǎn)線使英特爾能夠使用創(chuàng)新的過程控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和性能。例如，Tunnel Falls 12 量子位器件具有 95% 的晶圓良率 和類似于 CMOS 邏輯工藝的電壓均勻性，每個(gè)晶圓提供超過 24,000 個(gè)量子點(diǎn)器件。這些 12 點(diǎn)芯片可以形成 4 到 12 個(gè)量子位，這些量子位可以被隔離并同時(shí)用于操作，具體取決于大學(xué)或?qū)嶒?yàn)室如何運(yùn)行其系統(tǒng)。

英特爾將不斷努力提高 Tunnel Falls 的性能，并通過英特爾量子軟件開發(fā)套件 (SDK) 將其集成到其完整的量子堆棧中。此外，英特爾已經(jīng)在開發(fā)基于 Tunnel Falls 的下一代量子芯片；預(yù)計(jì)2024年發(fā)布。未來，英特爾計(jì)劃與全球更多的研究機(jī)構(gòu)合作，共建量子生態(tài)系統(tǒng)。