一些世界頂級(jí)的高性能計(jì)算中心正在進(jìn)行量子計(jì)算機(jī)測試，他們通過測試不同的系統(tǒng)和方法，尋找最適合其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的方法。

圍繞量子芯片的大規(guī)模生產(chǎn)，一場“爭奪”量子優(yōu)勢的戰(zhàn)斗正式打響，這很有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榱孔颖忍厥遣环€(wěn)定的，并且難以擴(kuò)展到通用量子計(jì)算機(jī)所需的數(shù)百萬個(gè)量子比特。

但英特爾聲稱在有限的測試中，解決了其中一些問題。這家芯片制造商在其現(xiàn)有工廠中生產(chǎn)了穩(wěn)定的量子點(diǎn)，這是該公司構(gòu)建通用量子計(jì)算機(jī)的長期目標(biāo)的一個(gè)里程碑。該公司使用一種稱為“低溫探測器”的測試設(shè)備來隔離和研究其晶片上量子點(diǎn)的均勻性。

在此過程中，英特爾聲稱在制造量子系統(tǒng)方面處于領(lǐng)先地位。分析師表示，英特爾轉(zhuǎn)向采用先進(jìn)封裝進(jìn)行制造，為構(gòu)建更復(fù)雜的計(jì)算系統(tǒng)（如量子設(shè)備）提供了一條途徑。

英特爾量子硬件總監(jiān)James Clarke?說：“我們正在整個(gè)晶圓上制造生產(chǎn)這些優(yōu)質(zhì)量子點(diǎn)，產(chǎn)量很高。我們能描述所有特征，以便獲得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在我們的量子社區(qū)知識(shí)體系中，這是聞所未聞的?！?br>

該公司希望在明年之前向阿貢國家實(shí)驗(yàn)室提供早期的量子硬件，該實(shí)驗(yàn)室正在測試來自不同供應(yīng)商的量子硬件，這是美國能源部名為Q-Next的計(jì)劃一部分。美國政府正在優(yōu)先制造量子硬件，他們認(rèn)為這是與中國進(jìn)行計(jì)算霸權(quán)競賽的重要部分，中國也在推進(jìn)其量子計(jì)算發(fā)展的雄心壯志。

英特爾的這一里程碑雖然是一小步，但它可以衡量大規(guī)模制造量子芯片的產(chǎn)量和可行性。英特爾團(tuán)隊(duì)隔離了12個(gè)量子點(diǎn)和4個(gè)傳感器，下一步目標(biāo)是更大規(guī)模地復(fù)制。

Clarke說：“這當(dāng)然是最困難的部分之一，但現(xiàn)在我們必須發(fā)展這個(gè)設(shè)備。讓它變得更大，保證量子比特可以同時(shí)工作，這是10年旅程的一部分。目前我們進(jìn)展順利，我們知道工具箱中有哪些工具。”

與IBM和谷歌一樣，英特爾也在追求一種通用量子計(jì)算機(jī)，研究人員一致認(rèn)為這將需要超過一百萬個(gè)量子比特。谷歌和IBM正在追逐超導(dǎo)量子比特，這在現(xiàn)有工藝上很難制造。英特爾的量子計(jì)算系統(tǒng)基于量子點(diǎn)，其芯片可在其現(xiàn)有工廠制造。

Clarke 說：“我們的量子比特看起來很像晶體管。如何從晶體管發(fā)展到英特爾自旋量子比特，這很不容易?！?/p>

Real World Technologies 的首席分析師大衛(wèi)·坎特 (David Kanter) 表示，必須大量構(gòu)建量子比特才能提高量子的相關(guān)性，相比其他公司，英特爾對(duì)此有著敏銳的理解。

Kanter說：“我認(rèn)為業(yè)內(nèi)對(duì)于正確的量子研究方式并沒有達(dá)成真正的共識(shí)，內(nèi)部制造有利于研制新設(shè)備類型?！?/p>

Tirias Research 首席分析師 Kevin Krewell 表示，要獲得穩(wěn)定且容錯(cuò)的邏輯量子比特，將需要成千上萬甚至數(shù)百萬個(gè)物理量子比特。要做到這一點(diǎn)，擴(kuò)展很重要。

半導(dǎo)體研究和咨詢公司 SemiAnalysis 的創(chuàng)始人迪倫·帕特爾 (Dylan Patel) 表示：理想情況下，量子比特盡可能相同，300毫米晶圓和更先進(jìn)的光刻工具具有最佳的疊加能力。其他晶圓廠很難獲得最精確的工具，除非他們也擁有先進(jìn)的邏輯半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。英特爾在量子競賽中擁有一個(gè)優(yōu)勢，他們可以使用最先進(jìn)的工具更準(zhǔn)確地進(jìn)行模式化，這些工具是為領(lǐng)先的埃米時(shí)代半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的。

在量子計(jì)算初期，IBM和D-Wave就其量子比特的優(yōu)越性進(jìn)行了爭論。IBM 認(rèn)為 D-Wave 的量子退火系統(tǒng)（德國 Jülich 超級(jí)計(jì)算中心正在使用該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化）不是真正的量子計(jì)算機(jī)。D-Wave 的計(jì)算機(jī)現(xiàn)在被廣泛視為一種小型量子計(jì)算機(jī)，它在優(yōu)化方面很有效，但不是成熟的量子計(jì)算機(jī)。

英特爾的Clarke說：“通用量子計(jì)算機(jī)可以降低優(yōu)化器的相關(guān)性，因?yàn)樗鼈兛梢葬槍?duì)優(yōu)化、密碼學(xué)、化學(xué)和其他應(yīng)用程序進(jìn)行編程。這些量子計(jì)算機(jī)將成為數(shù)據(jù)中心的加速器?？赡苄枰诹孔佑?jì)算機(jī)旁邊有一個(gè)合理大小的超級(jí)計(jì)算機(jī)來處理所有信息，增強(qiáng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。”

關(guān)于量子比特的優(yōu)勢，數(shù)十家量子計(jì)算公司之間的爭論仍然存在。盡管現(xiàn)實(shí)正給 D-Wave 和 Rigetti 帶來壓力，他們被 SPAC 公司以高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的方式進(jìn)行收購。D-Wave將金融，汽車和國防公司視為客戶，已經(jīng)從其退火機(jī)中獲得可觀的收入，并且還在研發(fā)通用量子計(jì)算機(jī)。

其他量子初創(chuàng)公司還處于早期階段。?PsiQuantum將光子學(xué)計(jì)算視為量子研究的關(guān)鍵部分，并希望建立數(shù)據(jù)中心大小的量子工廠。IonQ 采用離子阱技術(shù)路線，并使用激光來輸入和提取數(shù)據(jù)。微軟正將其量子計(jì)算研究鎖定在一種尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子上。

阿貢（Argonne ）和其他高性能計(jì)算中心認(rèn)識(shí)到，不同類型的量子計(jì)算機(jī)可以解決不同問題。這些量子計(jì)算機(jī)將是可以連接具有CPU和GPU的高性能計(jì)算機(jī)的加速器。排名前3的云提供商亞馬遜、微軟和谷歌在其服務(wù)組合中均會(huì)提供量子硬件。

量子計(jì)算機(jī)商業(yè)化之路的關(guān)鍵，是現(xiàn)有工廠具備生產(chǎn)這些設(shè)備的能力，以及可廣泛使用材料的能力。Rigetti吹捧其實(shí)力，使其量子計(jì)算機(jī)成為交付此類系統(tǒng)的可行途徑。英特爾正在轉(zhuǎn)向硅，并表示其工廠為量子計(jì)算提供了一條更現(xiàn)實(shí)的道路。

Clarke說：“這些設(shè)備的性能看起來不錯(cuò)。我們能獲得整個(gè)晶圓的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)統(tǒng)計(jì)過程，因此我們可以就如何改進(jìn)這一過程做出最佳決策。因?yàn)榭梢話呙枵麄€(gè)晶圓，所以我們可以選擇最好的晶圓在毫開爾文溫度下進(jìn)行研究?！?/p>

英特爾將公司的未來押注于制造業(yè)，并為客戶提供個(gè)性化芯片。英特爾實(shí)行“小芯片”的策略是：將芯片模塊化分解，客戶能夠使用他們選擇的CPU、加速器和互連，在封裝中構(gòu)建芯片。英特爾正在實(shí)施新的晶體管和封裝技術(shù)，預(yù)計(jì)在2025年之前將4個(gè)新節(jié)點(diǎn)投入生產(chǎn)。

Clark說：“實(shí)現(xiàn)大型計(jì)算機(jī)的最快方法，是在過去10年中開發(fā)出微電子和計(jì)算技術(shù)，那就是晶體管，這是我們在英特爾正在做的事情。我們認(rèn)為其他技術(shù)不會(huì)更快、更大規(guī)模地出現(xiàn)。量子計(jì)算芯片也將受益于小芯片戰(zhàn)略和新的封裝技術(shù)?？刂萍夹g(shù)和量子比特芯片之間需要有一定程度的協(xié)同集成，這是我們工具箱中的一個(gè)工具，我們正處于早期研發(fā)階段?！?/p>

量子芯片是在俄勒岡州波特蘭的一家工廠生產(chǎn)的，該工廠使用了多種工藝。

Clarke說：“我們使用類似于18A的工藝，流程較為精簡，還利用了EUV光刻技術(shù)，以及與最新最先進(jìn)工藝相同的工廠和工具?！?/p>

Real World Technologies 的 Kanter 說：“好的包裝可以組裝更復(fù)雜的系統(tǒng)。最終，量子計(jì)算機(jī)很可能需要與經(jīng)典計(jì)算機(jī)一起部署，類似于CPU與GPU結(jié)合使用的方式?！?/p>

最近幾個(gè)月，英偉達(dá)推出了QODA軟件包，為沒有硬件的研究人員模擬量子處理器。英特爾上個(gè)月發(fā)布了Quantum SDK，這是一個(gè)基于軟件系統(tǒng)的完整量子計(jì)算機(jī)的外觀表達(dá)。SDK包括編譯器和其他工具，開發(fā)人員可以編寫針對(duì)量子芯片優(yōu)化的代碼。IBM擁有自己的 QISKIT 量子開發(fā)工具包。

Clarke說，英特爾的最終目標(biāo)是讓開發(fā)人員掌握硬件，盡管這可能需要很多年的時(shí)間。

目前尚不清楚英特爾是否會(huì)通過云服務(wù)提供量子工具包和先進(jìn)技術(shù)，英特爾云服務(wù)于上個(gè)月在英特爾創(chuàng)新展上宣布，云服務(wù)提供對(duì)尚未發(fā)布的芯片的遠(yuǎn)程訪問，例如 Sapphire Rapids 服務(wù)器芯片和 Gaudi 2 AI 芯片。

Clarke說：“接下來我們將發(fā)布實(shí)際量子比特設(shè)計(jì)及功能模擬器，這是一種緊湊模型。最后，當(dāng)我們有了實(shí)際的硬件才是一種進(jìn)步?！?/p>

文章參考鏈接：

https://www.hpcwire.com/2022/10/11/intels-road-to-a-universal-quantum-computer-is-via-chiplets/

編譯：卉可

編輯：慕一