英特尔Horse Ridge II简化了量子控制系统的复杂性

与传统计算机相比，量子计算可以更快地解决一些复杂的问题。然而，现有的互连和电子控制方法已成为限制量子计算商业化的主要瓶颈。
图1：Horse Ridge II的特写照片，以及它与稀释冰箱的集成。在本周举行的国际固态电路会议（ISSCC）上，英特尔将宣布该公司第二代低温量子控制芯片Horse Ridge II的技术细节。
该芯片凝聚了英特尔集成电路设计，英特尔研究院和技术开发团队在多个领域的专业知识。当前，量子计算机只能在毫开尔文范围内运行（仅比绝对零高出一个分数）。
但是作为英特尔量子计算研究的基础，硅自旋量子位可以在一个开尔文或更高的温度下工作，这将大大降低冷却量子系统的难度。英特尔的低温控制研究致力于使控制量子位和硅自旋量子位达到相同的工作温度水平。
Horse Ridge II的功能Horse Ridge II的设计基于第一代SoC的能力，该能力产生射频脉冲以控制qubit的状态（也称为Qubit Drive），并引入了其他功能，包括读取状态并同时控制多个量子位的栅极电势。 ·Horse Ridge II是高度集成的低温SoC，由超过1亿个晶体管组成，采用英特尔的22纳米（nm）低功耗FinFET技术。
其功能和性能已在4个开尔文条件下得到验证。与上一代产品一样，Horse Ridge II使用频率复用来减少用于qubit驱动和读出的射频（RF）电缆的数量。
具有集成指令集的数字密集型体系结构可将低温芯片完美地集成到现有的量子控制堆栈中。 ·它可以驱动多达16个自旋量子位，并具有直接数字频率合成器（DDS）架构和集成的数字滤波器以减少串扰。
目标输出频率范围是11至17 GHz。 ·集成的微控制器在实现控制指令集和执行算法方面具有更大的灵活性。
·通过使用RF单电子晶体管反射仪，Horse Ridge II可以同时读取多达6个量子位的状态。 ·控制芯片还具有22个高速数模转换器（DAC），以同时控制多个qubit的栅极电势。
过去，这些DAC是放置在室温下的独立电子设备，但现在它们可以通过电线进入低温冰箱，以控制量子芯片上的栅极电势。主要优点：·集成的qubit读数可以实现片上低延迟qubit状态检测，而无需存储大量数据，从而减少了内存使用和能源。
·同时控制多个量子位的栅极电势的能力对于有效的量子位读取以及纠缠和操纵多个量子位至关重要。通过在集成电路中运行可编程的微控制器，Horse Ridge II在执行三种控制功能时提供了高度的灵活性和复杂的协调性。
·Horse Ridge II有潜力取代传统解决方案中使用的所有高速电子设备，从而为可扩展量子计算机铺平了道路。辅助技术说明如下：图2：Horse Ridge II低温控制器的简化框图，并显示了与qubit芯片的预期连接。
图3：上图：在不同增益设置下以4K测得的PA和基带VGA的量子位驱动器输出功率。显示最大输出功率为＆lt; -50dBc IM3（两个音调）。
下图：随着能量的增加，在时域中捕获了一系列高斯脉冲。图4：性能摘要。
所有测量均在4开氏温度下进行。