谷歌「量子霸權」即將來臨，Intel加緊研發量子晶元

Intel 開始製造量子計算機的晶元了。

雖然這種新的硬體目前很弱，並不能做什麼實際工作，但它釋放出一個強烈的信號，即這種技術離實際應用更近了一步。「我們正在把量子計算從學術界帶入半導體行業。」Intel 量子硬體的主管吉姆·克拉克（Jim Clarke）說道。

傳統計算機存儲並操作由 0 和 1 組成的數據，但量子計算機使用的則是量子比特，利用量子現象來同時表示多個數據。這將使得量子計算機可以用一種完全不同的方式進行計算，在以往只能進行一次運算的時間內實現並行的複雜運算。

量子計算一直以來都是學術領域的探索對象，實現量子信息的可靠處理則需要應對巨大的技術挑戰。然而，隨著技術的發展，量子計算機可能在未來幾年內從實驗室中走出來。

Intel 的量子晶元使用超導量子比特。這種方法雖然使用了現有的電路設計，但其工作原理卻基於完全不同的電子現象，即金屬在極低溫度下的超導原理 。這個擁有 17 個量子比特的晶元是由 Intel 俄勒岡的研究人員歷時 18 個月研製，由亞利桑那州的一家 Intel 工廠製造。

這項工作是和 Qutech 合作完成的。Qutech 是一家荷蘭的公司，脫胎於代爾夫特大學的量子計算機小組。Qutech 近幾年在研製更加穩定的量子比特方面取得了重大進展，Intel 更是在 2015 年向 qutech 投了 5000 萬美元。

Intel 的研究人員使用了公司現有的300nm「倒裝晶元」處理器設計來支持精密的量子計算，這意味著晶元必須在極低的溫度下工作，而且不能受到電磁信號的干擾。另外，研究者們還需要更改晶元的材料、外圍電路設計以及部件連接設計以適應極低的溫度。

除 Intel 之外，還有眾多公司試圖實現量子計算機的實用化。包括谷歌、IBM、微軟等公司都在奮力研製首台可以處理實際問題的量子計算機。雖然 Intel 起步較晚，但它寄希望於自身在製造工藝方面的強大優勢可以使其趕上甚至超過競爭對手。克拉克表示公司在 2014 年選擇聚焦量子計算，可利用現有的製造工藝加速量子計算機的研製。「Intel 是這場競賽中唯一一個具有先進位造和封裝技術的選手」，克拉克說道。

隨著量子晶元的能力進一步提升，總有一天它們會在某類特定的計算任務上超過傳統計算機。最先受益的可能是化學和材料學領域的超複雜分子模擬。另外，計算能力的提升也會催生更多的新用途。

有人認為未來量子計算機還可以助力機器學習。目前已有人提出若干「量子機器學習」的新演算法，但每種演算法的實現均還需要解決大量問題。

Intel 新興硬體實驗室主任吉姆·赫爾德（Jim Held）表示公司在研究硬體的同時也在進行軟體探索。「我們認為在混合演算法方面會有主要的突破，這些演算法將最大程度地利用經典演算法的能力來配合量子計算機的優勢。」

谷歌量子計算項目的負責人哈特穆特·奈文（Hartmut Neven）表示，明年穀歌將製造一個包含 49 量子比特的系統，屆時量子計算機將能完成傳統超級計算機無法模擬的計算，實現里程碑式的「量子霸權」。

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參考：

https://www.technologyreview.com/s/609094/quantum-inside-intel-manufactures-an-exotic-new-chip/

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