Intel 與 荷蘭量子研究機構 QuTech 合作實現在「相對高溫」下順利控制量子位元處理

2020.04.18 02:20PM

過去如果要順利控制量子位元處理的話,必須將量子位元冷卻至接近絕對零度情況,亦即開氏溫度0度,或是攝氏溫度零下273.15度,否則存放在量子位元中的量子訊息內容就會流失,現在已可在開氏溫度1度下的「相對高溫」情況,依然能夠控制量子位元處理的目標。

首圖

今年2月與與荷蘭台夫特理工大學及荷蘭國家應用科學院共同創立的量子技術研究機構QuTech合作,透過代號「Horse Ridge」為稱的低溫控制量子處理器可對應128個量子位元處理數之後,Intel稍早再與QuTech共同在《自然 (Nature)》發表內容裡,證明在開氏溫度1度下 (約攝氏溫度零下272.15度)仍可順利控制量子位元處理。

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在此之前,如果要順利控制量子位元處理的話,必須將量子位元冷卻至接近絕對零度情況,亦即開氏溫度0度,或是攝氏溫度零下273.15度,否則存放在量子位元中的量子訊息內容就會流失。而此次Intel與QuTech合作結果,順利實現可在開氏溫度1度下的「相對高溫」情況,依然能夠控制量子位元處理的目標。

同時,此次合作結果更實現在開氏溫度1.1度下,完成讓兩個量子位元可在量子電路進行邏輯運算,同時單個量子位元內的量子訊息仍可保留高達99.3%,而在開氏溫度0.45度到1.25度之間,自旋量子位元所受到影響程度最小。

在此之前,僅能在開氏溫度0.40度情況下才能實現控制兩個量子位元,意味此次Intel與QuTech合作結果確實有明顯突破。

目前包含Intel、IBM、Google在內業者均積極投入量子運算領域,希望能藉由量子運算對應更龐大數據計算應用,同時也預期能改變更多以巨量數據分析為基礎的運算技術。不過,由於量子位元難以控制,同時目前也僅能在極度低溫情況下運作,加上不容易存放量子訊息內容,更使得業者持續投入更先進的半導體技術,以及超導體技術研究,另外更帶動相關封裝與連接技術成長。

Intel先前則是強調代號「Horse Ridge」的低溫控制量子處理器,是以Intel旗下22nm FinFET製程為基礎的CMOS技術打造,其中將四個射頻 (RF)通道整合在單一裝置內,而每個通道均可藉由「分頻多工 (frequency multiplexing)」方式控制多達32個量子位元,讓此款處理器量子位元處理數量總計可達128個,此外也能藉此將所有可用頻寬劃分為一系列不重疊的量子運算頻寬,並且讓每個運算頻寬承載獨立數據內容。

而在量子位元保真度和效能表現部分,Intel也藉由多工技術最佳化,讓處理器運算過程可以擴大執行規模,並且減少相位偏移 (phase shift)產生誤差,避免在不同頻率控制多個量子位元時,可能產生量子位元間的串擾 (crosstalk),其中包含讓各種頻率均可進行高精度調諧 (tune),使量子系統能以相同射頻頻率控制多個量子位元時調整、自動校正相移,藉此提高量子位元的量子閘 (gate)保真度。

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