一些世界頂級的高性能計算中心正在進行量子計算機測試，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，因為量子比特是不穩(wěn)定的，并且難以擴展到通用量子計算機所需的數(shù)百萬個量子比特。

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，這是該公司構(gòu)建通用量子計算機的長期目標的一個里程碑。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)向采用先進封裝進行制造，為構(gòu)建更復(fù)雜的計算系統(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：“我們正在整個晶圓上制造生產(chǎn)這些優(yōu)質(zhì)量子點，產(chǎn)量很高。我們能描述所有特征，以便獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在我們的量子社區(qū)知識體系中，這是聞所未聞的。”

該公司希望在明年之前向阿貢國家實驗室提供早期的量子硬件，該實驗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的計劃一部分。美國政府正在優(yōu)先制造量子硬件，他們認為這是與中國進行計算霸權(quán)競賽的重要部分，中國也在推進其量子計算發(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。英特爾團隊隔離了12個量子點和4個傳感器，下一步目標是更大規(guī)模地復(fù)制。

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

與IBM和谷歌一樣，英特爾也在追求一種通用量子計算機，研究人員一致認為這將需要超過一百萬個量子比特。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。英特爾的量子計算系統(tǒng)基于量子點，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。”

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，英特爾對此有著敏銳的理解。

Kanter說：“我認為業(yè)內(nèi)對于正確的量子研究方式并沒有達成真正的共識，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)定且容錯的邏輯量子比特，將需要成千上萬甚至數(shù)百萬個物理量子比特。要做到這一點，擴展很重要。

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的邏輯半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。英特爾在量子競賽中擁有一個優(yōu)勢，他們可以使用最先進的工具更準確地進行模式化，這些工具是為領(lǐng)先的埃米時代半導(dǎo)體設(shè)計的。

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

英特爾的Clarke說：“通用量子計算機可以降低優(yōu)化器的相關(guān)性，因為它們可以針對優(yōu)化、密碼學(xué)、化學(xué)和其他應(yīng)用程序進行編程。這些量子計算機將成為數(shù)據(jù)中心的加速器?？赡苄枰诹孔佑嬎銠C旁邊有一個合理大小的超級計算機來處理所有信息，增強數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。”

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

其他量子初創(chuàng)公司還處于早期階段。?PsiQuantum將光子學(xué)計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 ）和其他高性能計算中心認識到，不同類型的量子計算機可以解決不同問題。這些量子計算機將是可以連接具有CPU和GPU的高性能計算機的加速器。排名前3的云提供商亞馬遜、微軟和谷歌在其服務(wù)組合中均會提供量子硬件。

量子計算機商業(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吹捧其實力，使其量子計算機成為交付此類系統(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算提供了一條更現(xiàn)實的道路。

Clarke說：“這些設(shè)備的性能看起來不錯。我們能獲得整個晶圓的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)控制整個統(tǒng)計過程，因此我們可以就如何改進這一過程做出最佳決策。因為可以掃描整個晶圓，所以我們可以選擇最好的晶圓在毫開爾文溫度下進行研究。”

英特爾將公司的未來押注于制造業(yè)，并為客戶提供個性化芯片。英特爾實行“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。英特爾正在實施新的晶體管和封裝技術(shù)，預(yù)計在2025年之前將4個新節(jié)點投入生產(chǎn)。

Clark說：“實現(xiàn)大型計算機的最快方法，是在過去10年中開發(fā)出微電子和計算技術(shù)，那就是晶體管，這是我們在英特爾正在做的事情。我們認為其他技術(shù)不會更快、更大規(guī)模地出現(xiàn)。量子計算芯片也將受益于小芯片戰(zhàn)略和新的封裝技術(shù)。控制技術(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工具，我們正處于早期研發(fā)階段。”

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，量子計算機很可能需要與經(jīng)典計算機一起部署，類似于CPU與GPU結(jié)合使用的方式?！?/p>

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

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

目前尚不清楚英特爾是否會通過云服務(wù)提供量子工具包和先進技術(shù)，英特爾云服務(wù)于上個月在英特爾創(chuàng)新展上宣布，云服務(wù)提供對尚未發(fā)布的芯片的遠程訪問，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)布實際量子比特設(shè)計及功能模擬器，這是一種緊湊模型。最后，當我們有了實際的硬件才是一種進步?！?/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