12月3日消息，英特尔今天在其英特尔实验室虚拟活动中推出了其第二代量子计算控制芯片。该代号为Horse Ridge II的芯片，是使量子计算（计算的圣手之一）更加实用的又一个里程碑。新原型基于2019年推出的第一代Horse Ridge控制器。horseRidge II具有更多功能和更高级别的集成来控制量子计算机，这仍然是该公司的长期目标。

在项目之初，英特尔的研究人员就将可扩展的系统级芯片（SOC）设计成在低温下运行，简化了优雅地扩展和运行大型量子计算系统所需的控制电子和互连。大多数量子计算系统只有在接近冰点的温度下才能真正工作。英特尔正试图改变这种状况，但与此同时，控制芯片无需将数百根电线跑到容纳量子计算机的冷藏箱中。

量子研究人员正在使用较小的、由复杂的控制和互连机制所包围的定制设计的系统，只处理少量的夸比特或量子比特。将量子计算应用于现实世界的问题，首先依赖于同时扩展到数千个量子比特，并以高水平的保真度进行控制的能力。

量子比特数的增加会引发其他问题，对量子系统的能力和运行提出挑战。其中一个潜在的影响是qubit保真度和性能的下降。在开发Horse Ridge的过程中，英特尔优化了多路复用技术，使系统能够扩展并减少 "相移 "带来的误差--这是一种在不同频率下控制许多qubit时可能出现的现象，导致qubit之间的串扰。工程师们可以对利用Horse Ridge利用的各种频率进行高精度的调谐，使量子系统在用同一射频(RF)线路控制多个qubits时，能够适应并自动修正相移，提高qubit门的保真度。

根据英特尔组件研究组量子硬件总监Jim Clarke的演讲，通过Horse Ridge II，英特尔的研究人员增加了操纵和读取qubit状态的能力，并控制纠缠多个qubit所需的几个门的潜力。

    为什么重要  

英特尔实验室首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge。新的低温控制芯片将加速全栈量子计算系统的开发，这标志着开发商业化可行的量子计算机的一个里程碑。

上图为英特尔实验室首席工程师Stefano Pellerano拥有原始的Horse Ridge。图片来源：英特尔

英特尔表示，如今早期的量子系统使用的是常温电子器件，有许多同轴电缆，这些电缆被路由到稀释冰箱内的qubit芯片。这就是为什么你在图中看到的芯片被电线和低温冷却系统包围的原因。由于外形尺寸、成本、功耗和制冷装置的热负荷，这种方法无法扩展到大量的qubit。通过最初的Horse Ridge，英特尔迈出了解决这一挑战的第一步，它消除了为了操作量子机而需要多个机架的设备和数千根进出冰箱的电线。英特尔用高度集成的系统级芯片(SoC)取代了这些笨重的仪器，简化了系统设计，并采用复杂的信号处理技术，加快了设置时间，提高了qubit性能，使工程团队能够有效地将量子系统扩展到更大的qubit数。

Horse Ridge II建立在第一代SoC产生射频脉冲以操纵qubit状态（即qubit驱动）的能力之上。它引入了两个额外的控制功能，为进一步将外部电子控制集成到在低温冰箱内工作的SoC中铺平了道路。

例如，一个名为qubit读出的功能赋予了读取当前qubit状态的能力。该读出功能意义重大，因为它可以在不存储大量数据的情况下进行片上、低延迟的qubit状态检测，从而节省内存和功耗。英特尔在集成电路内增加了一个可编程微控制器，使马岭二代在如何执行三个控制功能方面具有更高的灵活性。该微控制器采用数字信号处理技术对脉冲进行额外的滤波，有助于减少qubits之间的串扰。

英特尔采用22纳米低功耗FinFET制造工艺打造了Horse Ridge II。它的工作温度为4开尔文，即零下452华氏度。这是相当冷的，只比绝对零度高一小部分。

硅自旋量子--英特尔量子努力的基础--具有可以让它们在1开尔文或更高的温度下工作的特性，这将大大降低量子系统制冷的挑战。英特尔将在2021年2月举行的国际固态电路会议（ISSCC）上进一步描述技术细节。

    用于数据中心的集成硅光子学  

上图。英特尔正在研究硅光子学，以提高数据中心的效率。图片来源：英特尔

同时，英特尔还宣布了在将光子学与低成本、大批量硅片集成方面的进展。这些进展代表了光互连领域的关键进展，随着计算需求型数据工作负载在数据中心中的网络流量越来越大，光互连解决了围绕电输入/输出(I/O)性能扩展的日益增长的挑战。英特尔展示了包括小型化在内的关键技术构件的进展，为更紧密地整合光学和硅技术铺平了道路。

据悉，2019年，英特尔发布了名为“Horse Ridge”的首款低温控制芯片，实现了对多个量子位的控制。Horse Ridge降低了量子控制工程的复杂性，从进出冰箱的数百根电缆简化到在量子设备附近运行的单个一体化套件。

计算行业正在迅速接近电气输入输出（I/O）性能的实际极限。随着数据中心计算的带宽需求不断增加，电气I/O的扩展速度跟不上，导致 "I/O功率墙 "限制了计算操作的可用功率。英特尔希望通过将光I/O直接引入服务器和芯片封装，打破这一障碍，使数据能够更高效地移动。

在英特尔实验室的活动中，该公司展示了在构件方面的关键进展，这些构件包括光的产生、放大、检测、调制、互补金属氧化物半导体(CMOS)接口电路和封装集成--这些都是实现集成光子学所必需的。在此次活动中展示的原型机的特点是光子学和CMOS技术的紧密耦合，作为未来光子学与核心计算硅片全面集成的概念验证。英特尔还展示了比传统组件小1000倍的微环调制器。传统硅调制器的体积大、成本高，一直是将光学技术引入服务器封装的障碍，因为服务器封装需要集成数百个这样的器件。这些综合结果为硅光子学的使用范围从网络的上层扩展到服务器内部和未来的服务器封装铺平了道路。

12 月 4 日下午消息，在今日的英特尔研究院开放日上，英特尔公布了其在集成光电、神经拟态计算、量子计算、保密计算、机器编程五项新技术进展。

在开放日上，英特尔提出了 “集成光电”愿景，即将光互连 I/O 直接集成到服务器和封装中，对数据中心进行革新，实现 1000 倍提升，同时降低成本。

英特尔首席工程师、英特尔研究院 PHY 研究实验室主任 James Jaussi 表示，之所以现在需要迁移到光互连 I/O，主要有两个原因，一个是我们正在快速接近电气性能的物理极限，一个是 I/O 功耗墙，会导致无法计算。

英特尔展示了在关键技术构建模块方面的重大进展，这些构建模块是英特尔集成光电研究的基础。这些技术构建模块包括光的产生、放大、检测、调制、互补金属氧化物半导体（CMOS）接口电路以及封装集成，对于实现集成光电至关重要。

在神经拟态计算方面，英特尔分享了英特尔神经拟态研究社区（INRC）的最新进展。该社区自 2018 年成立以来，现已拥有 100 多名成员。

英特尔今日宣布，联想、罗技、梅赛德斯 - 奔驰和机器视觉传感器公司 Prophesee 加入 INRC，共同探索神经拟态计算在商业用例上的价值。

量子计算方面，英特尔宣布推出第二代低温控制芯片 Horse Ridge II，这标志着英特尔在突破量子计算可扩展性方面取得新进展。可扩展性是量子计算的最大难点之一。在 2019 年推出的第一代 Horse Ridge 控制器的创新基础上，Horse Ridge II 支持增强的功能和更高集成度，以实现对量子系统的有效控制。新功能包括操纵和读取量子位状态的能力，以及多个量子位纠缠所需的多个量子门的控制能力。

机器编程方面，英特尔推出了机器编程研究系统 ControlFlag，它可以自主检测代码中的错误，帮助软件开发者进行耗时费力的 Debug。在初步测试中，ControlFlag 利用超过 10 亿行未标记的产品级别的代码进行了训练并学习了新的缺陷。

在软件重要性逐渐突显的今天，开发者依然继续把大量时间用于修复 Bug，而不是用于写代码。事实上，在IT行业每年花费的 1.25 万亿美元软件开发成本中，大约有 50% 是用于 Debug 代码。

英特尔首席科学家、英特尔研究院机器编程研究主任及创始人 Justin Gottschlich 表示：“ControlFlag 可以大幅减少评估和 Debug 代码所需的时间和成本。研究发现，软件开发者会花费大约一半的时间用来 Debug。通过 ControlFlag 以及类似的系统，程序员有望大幅减少 Debug 的时间并把更多时间用于人类程序员最擅长的工作——向机器展现有创造性的新想法。”

最后，英特尔还公布了在保密计算方面的研究。保密计算旨在保护使用中的数据，例如最新的英特尔软件保护扩展技术，它将保密性、完整性和认证功能整合在一起，像数据保险箱一样，确保使用中的数据安全；一种全新的加密系统——完全同态加密，它允许应用在不暴露数据的情况下，直接对加密数据执行计算操作。

    关于英特尔  

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