英特尔近来在量子计算的商业化上有了一些新的进展,继去年十月宣布推出一款17-qubit(量子单位)的超导芯片之后,CES 2018上CEO Brian Krzanich又展示了一个具有49个量子位的测试芯片。近日,英特尔研究人员正在测试一种微小的新型“自旋量子位”芯片,这款芯片比铅笔的橡皮擦还小,是目前英特尔最小的量子计算芯片,这也是英特尔量子计算机向前迈进的标志。

英特尔正在测试仅为50nm的最小自旋量子位芯片1

这张照片展示了英特尔在铅笔橡皮上新的量子计算芯片

与此前在英特尔的量产的量子芯片不同,最新的晶圆专注于自旋量子位而非超导量子位,这种二次技术虽落后于超导量子力度,但更容易扩展。据了解,英特尔微小的新自旋量子位芯片的量子比特非常小,大约50nm,仅在电子显微镜下可见,约1500个量子比特与人的一根头发直径相当,这意味着英特尔未来的量子计算机芯片可能会包含数千甚至上百万的量子比特 ,也将比如今最快的超级计算机更强大。

另外,新的自旋量子芯片运行在量子计算所需的极低温度下(约华氏零下460度),自旋量子芯片不包含晶体管,但是可以容纳单个电子的量子位。单电子的行为可以同时处于多个自旋态,比现在的晶体管具有更强的计算能力,也是量子计算的基础。

这款新的量子芯片由位于美国俄勒冈州的英特尔D1D Fab生产,使用的技术与生产了数十亿传统计算机芯片的成熟工艺相同。目前,英特尔现在每周能够生产五片硅晶片,其中包含多达26个量子位的量子芯片。随着英特尔大幅增加了量子设备的数量,可望在未来几年稳步增加量子量子芯片的比特数。

英特尔正在测试仅为50nm的最小自旋量子位芯片2

英特尔量子硬件总监Jim Clarke接受采访时透露,用于小规模生产的技术最终可能会扩展到生产超过1000个量子位的芯片。目前,每个晶圆都由量子点组成,必须仔细切片,以便每个芯片得到适当数量的量子位。由于缺陷和物理限制,最终的芯片可能有3、7、11或26个量子位。但由于温度波动引起的膨胀和收缩限制使得工程师不能简单地扩展芯片上的量子位数。

当然,无论哪种类型的量子计算更具优势,英特尔的目标是建立一种可以扩展到超过100万量子位的架构。英特尔的目标是构建一个可以扩展超过100万个量子位的架构,这将允许使用相同的基本结构,在有一项新的量子突破时,不必再每次回到原点。

不过Clarke还表示,“5年内实现1000个量子位不是不合理的。”他用了世界上第一块集成电路和仅含2500个晶体管的英特尔4004处理器的时间差作为对比。在量子技术方面,需要想象一下在20世纪60年代,Clarke认为英特尔可能在10年内达到100万个量子位,但他同时表示在这方面他可能会有点乐观。

其中,尚待解决的一大挑战是量子处理器所需的极端寒冷的温度。由于温度需要尽可能保持接近绝对零度,量子计算机的性能需要远远高于传统硅芯片计算机,才具有成本效益。单独而言,量子处理器的能效比不高,但其输出可能成倍增加,随着技术的进步,量子计算芯片的实用性将迅速提高。

最后需要说明的是,英特尔、IBM、谷歌在量子计算上想要实现的目标需要一定的时间才能得到理解。不过量子计算设备的大规模生产可以从根本上改变我们对传统硅片的看法,量子技术虽然不一定代替传统硬件,但可以解决很多难以解决的难题,否则这将无法理解。

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