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ISSCC 2020大會(huì)的研究報(bào)告重點(diǎn)介紹了量子控制芯片在可擴(kuò)展性、靈活性和保真度方面的特點(diǎn) 英特爾研究院一直在與QuTech聯(lián)手推進(jìn)量子硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)的研究，力圖在未來實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)應(yīng)用。而整個(gè)行業(yè)在商業(yè)規(guī)模量子計(jì)算領(lǐng)域所面臨挑戰(zhàn)中，互連和控制電子設(shè)備是其中主要瓶頸。 構(gòu)建容錯(cuò)型商業(yè)規(guī)模量子計(jì)算機(jī)，需要一個(gè)同時(shí)適用于量子位和控制電子設(shè)備的可擴(kuò)展架構(gòu)。Horse Ridge是一款高度集成的片上系統(tǒng)（SoC），提供了一個(gè)巧妙的解決方案來實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)量子位的高保真度控制，這是通往量子實(shí)用性的一個(gè)重要里程碑。 Horse Ridge特性 
Horse Ridge是一款高度集成、混合信號(hào)的低溫片上系統(tǒng)（SoC），硅片面積為4 x 4 mm2，采用英特爾22nm FFL （FinFET低功耗）CMOS技術(shù)。Horse Ridge將靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）、數(shù)字核心和模擬/射頻（RF）電路集成到單個(gè)封裝中，用微波脈沖操縱量子系統(tǒng)中量子位的狀態(tài)。 集成式高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器和寬帶上變頻器，頻率在2-20千兆赫（Ghz）之間。 脈沖整形的幅度和相位調(diào)制信息（18Gb/s）存儲(chǔ)在片上SRAM中，支持最高41μs的包絡(luò)，該包絡(luò)由查找表（LUT）提供信息，該表可為每個(gè)量子位定義8條指令。 利用LUT降低了控制器所需的數(shù)據(jù)速率，通過在外部觸發(fā)器上執(zhí)行集成可編程指令集，在指令之間延遲最小的情況下，數(shù)據(jù)速率進(jìn)一步降低到約1kb/s。 Horse Ridge在同一個(gè)設(shè)備中有4個(gè)射頻（RF）頻道，并利用頻率復(fù)用控制多達(dá)128個(gè)量子位。每一個(gè)射頻頻道均使用直接數(shù)字合成，帶有32個(gè)數(shù)控振蕩器，以200 Hz的高精度產(chǎn)生32個(gè)復(fù)用量子位頻率。
測(cè)量的任意脈沖輸出信號(hào) Horse Ridge關(guān)鍵優(yōu)勢(shì) 縮小了運(yùn)行量子系統(tǒng)所需的外形尺寸（芯片和PCB大小）并減少了所需的功率。 能夠擴(kuò)展和控制更多的量子位（多達(dá)128個(gè)量子位） Horse Ridge高度靈活的脈沖控制能力降低了量子位之間的串?dāng)_，并提高了整體量子門保真度。 該芯片可以自動(dòng)校正相移（使用同一射頻線路控制不同頻率的多個(gè)量子位時(shí)會(huì)發(fā)生這一現(xiàn)象），并在每次控制電子器件脈沖后更新數(shù)字代碼。
對(duì)比表 *包含本振/時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，僅低射頻激活 #未提及所包含的電路 ‡可通過門控時(shí)鐘減少 [ISSCC’19] J. C. Bardin 等人，“A 28nm Bulk-CMOS 4-to-8GHz <2mW Cryogenic Pulse Modulator for Scalable Quantum Computing,” ISSCC數(shù)字技術(shù)研究報(bào)告，第456-458頁，2019年。 [RSI’17] C. A. Ryan, B. R. Johnson, D. Ristè, B. Donovan和T. A. Ohki，“Hardware for dynamic quantum computing,” Rev. Sci. Instrum., 2017年。 |
