英特爾正在測試僅為50nm的最小自旋量子位芯片

英特爾近來(lái)在量子計算的商業(yè)化上有了一些新的進(jìn)展，繼去年十月宣布推出一款17-qubit（量子單位）的超導芯片之后，CES 2018上CEO Brian Krzanich又展示了一個(gè)具有49個(gè)量子位的測試芯片。近日，英特爾研究人員正在測試一種微小的新型“自旋量子位”芯片，這款芯片比鉛筆的橡皮擦還小，是目前英特爾最小的量子計算芯片，這也是英特爾量子計算機向前邁進(jìn)的標志。

這張照片展示了英特爾在鉛筆橡皮上新的量子計算芯片

與此前在英特爾的量產(chǎn)的量子芯片不同，最新的晶圓專(zhuān)注于自旋量子位而非超導量子位，這種二次技術(shù)雖落后于超導量子力度，但更容易擴展。據了解，英特爾微小的新自旋量子位芯片的量子比特非常小，大約50nm，僅在電子顯微鏡下可見(jiàn)，約1500個(gè)量子比特與人的一根頭發(fā)直徑相當，這意味著(zhù)英特爾未來(lái)的量子計算機芯片可能會(huì )包含數千甚至上百萬(wàn)的量子比特 ，也將比如今最快的超級計算機更強大。

另外，新的自旋量子芯片運行在量子計算所需的極低溫度下（約華氏零下460度），自旋量子芯片不包含晶體管，但是可以容納單個(gè)電子的量子位。單電子的行為可以同時(shí)處于多個(gè)自旋態(tài)，比現在的晶體管具有更強的計算能力，也是量子計算的基礎。

這款新的量子芯片由位于美國俄勒岡州的英特爾D1D Fab生產(chǎn)，使用的技術(shù)與生產(chǎn)了數十億傳統計算機芯片的成熟工藝相同。目前，英特爾現在每周能夠生產(chǎn)五片硅晶片，其中包含多達26個(gè)量子位的量子芯片。隨著(zhù)英特爾大幅增加了量子設備的數量，可望在未來(lái)幾年穩步增加量子量子芯片的比特數。

英特爾量子硬件總監Jim Clarke接受采訪(fǎng)時(shí)透露，用于小規模生產(chǎn)的技術(shù)最終可能會(huì )擴展到生產(chǎn)超過(guò)1000個(gè)量子位的芯片。目前，每個(gè)晶圓都由量子點(diǎn)組成，必須仔細切片，以便每個(gè)芯片得到適當數量的量子位。由于缺陷和物理限制，最終的芯片可能有3、7、11或26個(gè)量子位。但由于溫度波動(dòng)引起的膨脹和收縮限制使得工程師不能簡(jiǎn)單地擴展芯片上的量子位數。

當然，無(wú)論哪種類(lèi)型的量子計算更具優(yōu)勢，英特爾的目標是建立一種可以擴展到超過(guò)100萬(wàn)量子位的架構。英特爾的目標是構建一個(gè)可以擴展超過(guò)100萬(wàn)個(gè)量子位的架構，這將允許使用相同的基本結構，在有一項新的量子突破時(shí)，不必再每次回到原點(diǎn)。

不過(guò)Clarke還表示，“5年內實(shí)現1000個(gè)量子位不是不合理的?！彼昧耸澜缟系谝粔K集成電路和僅含2500個(gè)晶體管的英特爾4004處理器的時(shí)間差作為對比。在量子技術(shù)方面，需要想象一下在20世紀60年代，Clarke認為英特爾可能在10年內達到100萬(wàn)個(gè)量子位，但他同時(shí)表示在這方面他可能會(huì )有點(diǎn)樂(lè )觀(guān)。

其中，尚待解決的一大挑戰是量子處理器所需的極端寒冷的溫度。由于溫度需要盡可能保持接近絕對零度，量子計算機的性能需要遠遠高于傳統硅芯片計算機，才具有成本效益。單獨而言，量子處理器的能效比不高，但其輸出可能成倍增加，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，量子計算芯片的實(shí)用性將迅速提高。

最后需要說(shuō)明的是，英特爾、IBM、谷歌在量子計算上想要實(shí)現的目標需要一定的時(shí)間才能得到理解。不過(guò)量子計算設備的大規模生產(chǎn)可以從根本上改變我們對傳統硅片的看法，量子技術(shù)雖然不一定代替傳統硬件，但可以解決很多難以解決的難題，否則這將無(wú)法理解。