2018年消費者電子展：英特爾的49量子比特晶元亮相

圖：英特爾新的49量子比特超導量子測試晶元——「Tangle Lake」。

在與谷歌和IBM一起爭相建立量子計算系統的馬拉松比賽中，英特爾已經走過了一個關鍵性里程碑。這家科技巨頭推出了一款具有49個量子比特的超導量子測試晶元——這一數目的量子比特可以使量子計算機的計算能力開始超越現代經典計算機的實際極限。

英特爾首席執行官布萊恩?克扎尼奇(Brian Krzanich)於2018年在拉斯維加斯舉行的年度消費者電子產品展(CES)上發表主題演講時，宣布英特爾設計並製造出新的49量子比特的超導量子晶元，代號為Tangle Lake。49個量子比特這一目標同時也是谷歌和IBM研究人員的著力點，因為只有達到這一特定值，才能體現出所謂的「量子霸權」，屆時量子計算機的性能將超越經典計算機。

但英特爾實驗室副總裁兼總經理邁克爾?梅貝里(Michael Mayberry)選擇用其它術語來描述量子霸權。他表示，「從科學的角度來看，50個左右的量子比特是一個有趣的臨界點，因為到這時我們已經不能完全預測或模擬晶元的量子行為了。」

這一最新消息使得英特爾在量子計算馬拉松的競賽中處於領先地位。2017年11月，IBM的研究人員宣布他們已經建造了一個50量子比特的量子晶元原型。同樣，谷歌之前也談到了要在2017年年底前實現49個超導量子晶元的雄心（但現在已經2018年了卻遲遲沒有任何動靜）。

在任何人將量子計算投入商用之前，這仍就是一條漫長的道路。英特爾的路線圖表明，研究人員可以在5到7年內實現1000個量子比特的系統。這聽起來感覺數量上有很多，但是許多專家表示量子計算機至少需要100萬個量子比特才能真正實現商用的目的。

實際中的量子計算也還需要更多的量子比特陣列，用於執行「表面代碼」的錯誤糾正。這些陣列可以檢測和糾正單個量子比特中脆弱量子態的中斷。完成糾錯過程後，另一個步驟是弄清楚如何將軟體演算法映射到量子計算硬體中。第三個關鍵性問題涉及到本地電子布局的設計。這關乎對單個量子比特的控制以及量子計算結果的讀取。

圖：從左往右分別為7、17、49量子比特晶元

這一49量子比特的Tangle Lake晶元是建立在英特爾早期的研究上。當時英特爾有17個量子比特的陣列，這是執行表面代碼錯誤糾正所需量子比特的最低數量。

英特爾還專門對晶元的封裝進行了設計，以防止無線電波對量子比特產生的干擾，並使用所謂的倒裝晶片技術（flip chip），使得進出晶元的信號能夠獲得更小和更緊密的聯接。梅貝里解釋道，「我們關注的是一個系統，而不僅僅是一個更大數目的量子比特。」

超導量子比特的結構需要用到超導金屬環，並且需要在極低的溫度（大約20毫開爾文，即-273攝氏度）環境下運行。英特爾的遠期目標就是要在未來的系統中提高運行環境的溫度。

總體而言，英特爾一直都在各種可能實現量子計算的路徑中進行押注。這家科技巨頭與荷蘭QuTech研究所和世界許多其他規模較小的公司建立了合作關係，為量子計算構建和測試不同的硬體或軟硬體配置。該公司還將其在量子計算的投資平均分配在超導量子比特架構和基於硅的自旋量子比特的另一種體系結構中。

這種基於硅的自旋量子比特通常比超導量子比特要小，而且能以當前英特爾和其他晶元製造商製造傳統計算機晶體管的方式製造這一量子比特。這就體現出硅自旋量子比特的一個潛在巨大優勢——可以輕易擴展到數千或數百萬個量子比特，即使目前超導量子比特的開發已走在自旋量子比特的前面。而且，英特爾已經掌握了如何根據製造其300毫米硅晶圓的工藝製造出自旋量子比特。

量子計算之爭目前已愈演愈烈，實有一種「你方唱罷我登場」的交替前行趨勢。今日是英特爾的舞台，不知明日又將是誰的主場。

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！