英特爾今天宣布發(fā)布其最新的量子研究芯片 Tunnel Falls，這是一種 12 量子比特的硅芯片，并將該芯片提供給量子研究社區(qū)。此外，英特爾還與馬里蘭大學(xué)物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (LPS)、帕克學(xué)院量子位合作實(shí)驗(yàn)室 (LQC) 以及國家級(jí)量子信息科學(xué) (QIS) 研究中心合作，以推進(jìn)量子計(jì)算研究。

“Tunnel Falls 是英特爾迄今為止最先進(jìn)的硅自旋量子比特芯片，它借鑒了公司數(shù)十年的晶體管設(shè)計(jì)和制造專業(yè)知識(shí)，”英特爾量子硬件總監(jiān) Jim Clarke 解釋道。“新芯片的發(fā)布是英特爾構(gòu)建全棧商用量子計(jì)算系統(tǒng)長期戰(zhàn)略的下一步。雖然在容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的道路上仍然存在必須解決的基本問題和挑戰(zhàn)，但學(xué)術(shù)界現(xiàn)在可以探索這項(xiàng)技術(shù)并加速研究發(fā)展。”

目前，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)沒有像英特爾這樣的大批量制造制造設(shè)備。有了 Tunnel Falls，研究人員可以立即開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，而不是嘗試制造自己的設(shè)備。因此，更廣泛的實(shí)驗(yàn)成為可能，包括更多地了解量子位和量子點(diǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)，以及開發(fā)用于使用具有多個(gè)量子位的設(shè)備的新技術(shù)。

為了進(jìn)一步解決這個(gè)問題，英特爾通過美國陸軍研究辦公室與 LQC 合作，作為計(jì)算代工量子位 (QCF) 計(jì)劃的一部分，為研究實(shí)驗(yàn)室提供英特爾的新量子芯片。與 LQC 的合作將使研究人員能夠獲得使用這些量子位的縮放陣列的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而幫助實(shí)現(xiàn)硅自旋量子位的民主化。該計(jì)劃旨在加強(qiáng)勞動(dòng)力發(fā)展，為新的量子研究打開大門，并發(fā)展整個(gè)量子生態(tài)系統(tǒng)。

首批參與該計(jì)劃的量子實(shí)驗(yàn)室包括 LPS、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室、羅徹斯特大學(xué)和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校。LQC 將與英特爾合作，使 Tunnel Falls 可供更多大學(xué)和研究實(shí)驗(yàn)室使用。從這些實(shí)驗(yàn)中收集的信息將與社區(qū)共享，以推進(jìn)量子研究并幫助英特爾提高量子位性能和可擴(kuò)展性。

LPS 量子信息科學(xué)部主任 Charles Tahan 表示：“LPS Qubit Collaboratory 與陸軍研究辦公室合作，致力于解決量子位開發(fā)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并培養(yǎng)下一代科學(xué)家，他們將創(chuàng)造明天的量子位。” . “英特爾的參與是使自旋量子比特的探索民主化及其對(duì)量子信息處理的承諾的一個(gè)重要里程碑，并體現(xiàn)了 LQC 將工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、國家實(shí)驗(yàn)室和政府聚集在一起的使命。”

桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室杰出技術(shù)人員 Dwight Luhman 博士說：“桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室很高興成為 Tunnel Falls 芯片的接收者。該設(shè)備是一個(gè)靈活的平臺(tái)，使桑迪亞的量子研究人員能夠直接比較不同的量子比特編碼并開發(fā)新的量子比特操作模式，這在以前對(duì)我們來說是不可能的。這種復(fù)雜程度使我們能夠在多量子位體系中創(chuàng)新新穎的量子操作和算法，并加快我們?cè)诠杌孔酉到y(tǒng)中的學(xué)習(xí)速度。Tunnel Falls 的預(yù)期可靠性也將使桑迪亞能夠快速入職并培訓(xùn)從事硅量子位技術(shù)工作的新員工。”

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理系系主任兼 John Bardeen 物理學(xué)教授 Mark A. Eriksson 說：學(xué)生有機(jī)會(huì)使用受益于英特爾微電子專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)設(shè)施的工業(yè)設(shè)備，為技術(shù)進(jìn)步以及教育和勞動(dòng)力發(fā)展開辟了重要機(jī)會(huì)。”

Tunnel Falls 是英特爾向研究界發(fā)布的第一款硅自旋量子比特設(shè)備。該 12 量子位設(shè)備在 D1 制造工廠中以 300 毫米晶圓制造，利用了英特爾最先進(jìn)的晶體管工業(yè)制造能力，例如極紫外光刻 (EUV) 以及柵極和接觸處理技術(shù)。在硅自旋量子比特中，信息（0/1）被編碼在單個(gè)電子的自旋（上/下）中。每個(gè)量子位設(shè)備本質(zhì)上都是一個(gè)電子晶體管，這使得英特爾能夠使用與標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 邏輯處理線中使用的流程類似的流程來制造它。

英特爾認(rèn)為，硅自旋量子位優(yōu)于其他量子位技術(shù)，因?yàn)樗鼈兣c前沿晶體管具有協(xié)同作用。作為晶體管的大小，它們比其他大約 50 納米 x 50 納米的量子比特類型小 100 萬倍，可能允許有效縮放。根據(jù) Nature Electronics 的說法，“硅可能是最有潛力提供大規(guī)模量子計(jì)算的平臺(tái)。”

同時(shí)，利用先進(jìn)的 CMOS 生產(chǎn)線使英特爾能夠使用創(chuàng)新的過程控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和性能。例如，Tunnel Falls 12 量子位器件具有 95% 的晶圓良率 和類似于 CMOS 邏輯工藝的電壓均勻性，每個(gè)晶圓提供超過 24,000 個(gè)量子點(diǎn)器件。這些 12 點(diǎn)芯片可以形成 4 到 12 個(gè)量子位，這些量子位可以被隔離并同時(shí)用于操作，具體取決于大學(xué)或?qū)嶒?yàn)室如何運(yùn)行其系統(tǒng)。

英特爾將不斷努力提高 Tunnel Falls 的性能，并通過英特爾量子軟件開發(fā)套件 (SDK) 將其集成到其完整的量子堆棧中。此外，英特爾已經(jīng)在開發(fā)基于 Tunnel Falls 的下一代量子芯片；預(yù)計(jì)2024年發(fā)布。未來，英特爾計(jì)劃與全球更多的研究機(jī)構(gòu)合作，共建量子生態(tài)系統(tǒng)。