一塊巴掌大的晶片解放量子電腦設計，Intel發表最新量子運算控制晶片
2019.12.10 by 陳建鈞
科技巨頭的量子競賽持續上演，Intel發表最新量子電腦控制晶片Horse Ridge，聲稱可以解放當前量子電腦的設計，不讓Google專美於前。
這一季，量子電腦領域可說是消息不斷。10月底，Google宣佈達成量子霸權，成功以量子電腦用200秒解決古典電腦費時1萬年的運算。現在，Intel則發表最新量子電腦控制晶片Horse Ridge。
儘管量子電腦技術仍處於非常初步的階段，眾多科技巨頭依舊對此趨之若騖，除了上述提到的Google與Intel外，IBM、微軟等都是這塊領域的競爭者，各個參賽選手也相繼推出自己的研究成果。
不同於古典電腦使用的位元（bit），以0或1的形式儲存資訊，量子電腦則是以量子位元（qubit）進行運算。越多的量子位元意謂越強大的運算能力，這也是當下各方研究人員追求的主要目標。
量子位元能以既是0又是1的型態存在，這種狀態被稱作量子疊加。但由於量子位元極度不穩定，若要維持量子疊加的型態，必須維持在近乎絕對零度（攝氏-273.15度）的低溫環境中，此時原子會幾乎停止運動。
解放量子電腦設計，降低增加量子位元難度
如此嚴苛的條件下，目前一台量子電腦需要上百條連接線維持運作，然而這種繁複的設計限制量子電腦的發展。Intel表示，Horse Ridge可以解放量子電腦千絲萬縷的繁瑣設計，化為一張手掌大小的小型晶片，直接對多個量子位元進行更有效的控制，並降低未來擴大量子電腦規模的難度。
目前量子電腦的量子位元數都不到100個，但一台具有實用意義的量子電腦需要成百上千個量子位元，屆時這種線路龐雜設計必然行不通，遑論具有實際商業價值、擁有上百萬量子位元的次世代電腦。
Intel解釋，Horse Ridge是種混合訊號的系統單晶片（SoC），它以美國奧勒岡州最寒冷的地點為名，目標當量子位元身處在冰庫中還可運作，將接收到的指令轉換成電磁微波，進而用於控制量子位元。
Intel量子硬體主管吉姆．克拉克（Jim Clarke）表示，雖然大家都很關注怎麼增加量子位元，但如何一次控制複數量子位元卻是無人攻克的挑戰 。他們在研究過程理解到，量子位元的控制也是在開發商用量子電腦前，必須克服的一道難題。
減輕冷卻裝置門檻，集成量子位元與控制系統
另外，Intel提到，相對Google等競爭對手致力的超導量子位元，Intel所鑽研的自旋量子位元（倚賴矽晶中電子自旋形成二階狀態，進而發揮功用），能在更高溫的環境下運作，該特性讓這套系統更具實用價值。
雖然這個更高溫是相對而言，超導量子位元必須在距離絕對零度誤差千分之幾克耳文（K）的環境內運作，而自旋量子位元則能高出1克耳文，但因為越接近絕對零度時，降低溫度的難度也大增，因此Intel可以大大降低量子位元冰庫的門檻。
目前Horse Ridge的運作溫度約在4克耳文，與自旋量子位元的1克耳文仍有一段差距，Intel強調，他們的終極目標是讓控制晶片能與自旋量子位元在同樣的溫度環境下運作，就能將量子位元與控制系統集合成一套簡便的系統。
附圖：quantum-computer
目前的量子電腦需要大量線路連接，Intel聲稱新開發的控制晶片將解放這種設計。圖為IBM的量子電腦。
IBM
Quantum computer IBM1.jpg
相比IBM、Google等競爭對手使用的超導量子位元，Intel聲稱矽基自旋量子位元能容忍的溫度更高，與控制晶片集成的門檻更低，圖為IBM量子電腦IBM Q。
IBM
資料來源：https://money.udn.com/money/story/5612/4239219
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