关于Intel的量子计算计划的分析和介绍

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#111723#跟着量子盘算范畴的一直开展，Intel、Google、IBM、D-Wave等都在力图成为开启通用量子盘算机贸易化的第一人，此中尤以Intel为代表。固然D-Wave声称曾经做到了这一点，但业界对此还存在较大争议。量子盘算的开展行进途径还很漫长，须要艰苦的尽力。
本周，Intel展现了其工程师和配合火伴QuTech的技巧，该公司属于一家利用迷信研讨公司，是Technical University of Delft （TU Delft）和Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek（TNO）的量子盘算分支，现在正在与Intel配合展开量子盘算技巧。
TNO建立于1988年，年估算为5亿欧元，担任停止种种初步研讨。荷兰曾经成为量子盘算技巧的温床，除此以外，美国和日本当局也盼望通过这类方法坚持这类合资关联，TNO于2015岁尾与Intel配合，Intel投资5000万美元用于TU Delft和TNO之间的QuTech配合火伴关联，而Intel主攻量子盘算顺序。
通过这类配合火伴关联，Intel正在将其在资料迷信，半导体系造，互连和数字体系方面的专业技巧用于开辟两品种型的量子位或量子比特，这是量子盘算机中处置的基础因素。 QuTech的配合火伴关联触及超导量子位的制作，与此同时Intel还在开辟另一种称为自旋量子点的技巧，应用更传统的半导体技巧来创立量子晶体管，这是一种十分新鲜、并行的盘算方法。
本周的重磅新闻是，Intel曾经可能采取其工程师与QuTech任务职员一同创立的量子位计划，并将其在一个封装上扩大到17个量子位。
Intel量子硬件总监Jim Clarke在TheNext Platform上指出，一年前，在其初始装备上只有几个量子位，两年前，一个也没有。以是这是一个十分使人奋发的线路图。Google正在测试一个20个量子位芯片，盼望在岁尾之前有一个运转在49个量子位芯片。Google还具有D-Wave的量子退火体系，它们的量子位数目有所增添 ，现在有1000个，未几将到达2000个。然而依据Intel现在的数据表现，这还并缺乏以使量子盘算贸易化。Intel的目的是创立一个通用的盘算机基本架构，并扩大其活着界数据核心的制作和安排。

2017年4月在俄勒冈州希尔斯伯勒的IntelD1D / D1X工场出产的量子芯片的出产和干净室设备。
Clarke表现，Intel正在尽力树立一个通用的通用量子盘算机，而不是一个量子退火机。Intel与其余研讨团队的区分之一就是Intel专一于多个量子位范例。
第一个是超导量子位，与Google，IBM以及名为Rigetti Computing正在开辟的启念头构相似。同时，Intel也在研讨硅芯中的扭转量子位，与咱们的晶体管技巧十分类似，在接上去的几个月内会有相干报导。这些扭转量子位树立在在一般芯片制作范畴的专业常识的基本上，真正让Intel有别与其余人的是，Intel在十分低的温度下应用进步的封装，以进步量子位的机能，并着眼于可扩大性。
正如人们对尺度数字处置器的晶体管或核的数目觉得痴迷，人们对量子芯片上的量子位数目变得有些痴迷，Intel试验室新兴技巧研讨总监Jim Held表现，“”各人的留神力有点放错了。对于那些看生涯体系的人来讲，这是完整准确的。Intel专一于使体系计划准确，而后将其缩小到全部向量上，以构建一个十分强盛的量子盘算机。
人们存眷量子位的数目，但这仅仅是此中的一部份。作为工程师，咱们正在一直濒临这点，所有都差别于一般电子盘算机。它不但仅是器件，它会把持电子以及用微波脉冲把持量子位，并用十分敏感的直流仪器停止丈量，从某些角度下去讲，它更像是摹拟盘算机。它的数字电子装备就能停止毛病校订。由于量子器件十分懦弱，而且轻易呈现毛病，咱们的纠错的水平，直接决议了它们的盘算才能。
为了在这些量子位的阵列中取得潜伏的并行性，咱们将研发一种新型的编译器，它的顺序编写的算法将与传统数字编程完整差别。固然在各个学术界都有研讨，作为一个工程团队，咱们必需把它们团体作为一台电脑。
另外，教训告知咱们，咱们盼望在任何时间懂得咱们在一个层面上的抉择对于其他的盘算机来讲象征着甚么。咱们晓得的是，假如你有一个充斥这些量子位的盘，你没有一个量子盘算机，而且一些最大的扩大成绩在客栈的其他部份。仅仅只存眷数目或数目的分歧性时光真的使得倒霉于咱们的研发。
这相似于没有充足的带宽或低耽误的大范围并行呆板，能够无效地跨中心，套接字或节点停止通话并同享任务。您能够按须要添补尽可能多的内核，然而功课不会更快。
因而，Intel正在将研讨重点放在互连上，这些互连将在一个装备上和多个装备之间链接量子位。”
Jim Held进一步指出，“互连是量子盘算最中心的事件之一，从一开端，咱们并没有把重点放在一个近期的里程碑上，而是从互连的角度来看，从计划和把持的角度来说，要供给一个大型的通用量子盘算机。”
Clarke表现，商用量子芯片上的片上互连跟惯例数字芯片相似，只是用超导资料代替了铜线。
Intel在俄勒冈工场制作而在亚利桑那州的封装厂中封装在超导量子位芯片的利用中是一种看似有点荒谬的行动。
量子盘算提出了一些物理挑衅，超导量子位的成绩特别辣手。须要保障量子状况在比特级别可能同时处置多个并行状况，同时须要保障摹拟器件在极冷的情况中跟外界的把持电子装备仍有精良的打仗。
Clarke说：“咱们将这些芯片放在比外太空还冷很多的情况下（20毫开尔文）。起首，依据热收缩系数保障在芯片在这个温度下不会分崩离析。而后须要斟酌封装收益以及独自的量子位收益，然后咱们斟酌怎样在更好的扩大性的情形下连线。这些都是品质请求很高的无线电或微波芯片，必需确保芯片在封装后，在高温下仍能坚持这类品质。咱们可能从封装上失掉良多机能和收益上的晋升。”
在这类芯片上，Intel用相似于家用路由器反面端口的尺度同轴端口挡住了芯片的一侧。每个量子位都有两个或以上同轴电缆端口把持以及监控其状况。

Held说：“出于贸易化的斟酌，咱们对缩放比例的成绩上愈加感兴致。这必需谨严谨慎，免得堕入僵局。这类量子芯片不像Omni-Path那末庞杂，并不能很好的缩放。咱们感兴致的是用增加大批互连线的数目来失掉晋升。
上百万量子位转化为数百万同轴电缆显明不太现实，即便只无数百量子位也一样。咱们采取的一种方式是将把持量子盘算机的电子器件移至十分冷的情况中，并不是毫开尔文的量级，而是4开尔文的液氢当中。咱们在QuTech的配合火伴是cryo-CMOS范畴的专家，这象征着可能让芯片在4开尔文的范畴畸形任务。通过将把持电路从量子盘算机外部机架移至制冷单元中，能够无效增加到量子位的连线长度。”
对于量子位，叠加容许一个量子位可能表现两种差别的状况，量子胶葛（被爱因斯坦称之为“远间隔鬼魂举动”）容许状况随量子位数目晋升而线性增添。严厉来讲，n个量子位对应2n个状况。互连线并不是用来坚持量子位的量子态，而是监控并坚持量子态，更主要的是停止纠错。量子位十分牢固，不能主动摇，挪动或得到量子态。两年前Google在德国举行的国际超等盘算大会上指出，量子盘算机终究可能成为传统并行超等盘算机的减速器，用于对量子位停止纠错与监督，Intel也如许以为。
超导量子位的挑衅可能是Intel追求扭转量子位和更广泛的半导体工艺来创立状况更轻易坚持的量子盘算机芯片的缘由之一。另一方面，Intel也是半导体系造行业的专家。以是，咱们以为QuTech在创立一个测试台体系和可移植软件栈，这类特别的超导方法是存在投资代价的。 Held和Clarke都以为，通用量子盘算机须要大略八到十年的时光才干实现贸易化和经营。
Held说：“这是研讨，以是咱们会基于咱们的主意去处理一些成绩。当量子盘算性能够处理一些风趣而小的成绩的时间，这将成为一座里程碑，而后开展为超等盘算机以及云效劳的无效减速器。
量子盘算机并不是自力的盘算机，由于它连良多传统盘算机做得很好的事件都不能做。固然实践上任何量子盘算性能做数字盘算机全部的事件，然而它们做得并欠好。咱们当初碰到的成绩估计须要花八到十年的时光才干处理。这些满是工程成绩，物理学家在试验室里曾经找到了可行的处理计划并可能很好的拓展。”
Clarke弥补指出，量子盘算机的封装方面还面对良多物理成绩。下一个目的是树立一个健全的工艺把持这可能须要八至十年的时光。
Intel曾经处于当先位置，但现在咱们才刚刚迈出第一步，假如想要实现量子盘算机贸易化，乃至更广泛的利用还须要很长的时光。Intel正试图树立一个小的量子盘算体系，它将向咱们先容量子盘算栈的各个方面。同时，Intel正在硬件层面和架构把持层面计划可扩大性体系，以取得更多的量子位。现在该范畴还面对良多成绩，看来咱们可能须要一台量子盘算机才干弄清咱们何时可能取得量子盘算机了。
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