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06-06
量子计算被认为有潜力解决当今传统计算机无法解决的问题。
科学家和业界预计量子计算将加速化学或药物开发、金融建模甚至气候预测等领域的进步。
英特尔使用类似的同位素纯晶圆，在其毫米级工艺技术上创建了一个自旋量子位。
（图片Walden Kirsch/英特尔公司）为了释放量子计算的潜力，英特尔于 2016 年启动了一个合作研究项目，目标是开发商业上可行的量子计算系统。
尽管已经取得了巨大进展，但量子计算研究仍处于起步阶段。
整个行业还处于马拉松的第一英里。
为了实现这种新的计算模型，必须解决许多问题并做出许多架构决策。
例如，目前尚不清楚量子处理器（或量子位）将采用什么形式。
这就是为什么英特尔将赌注押在两项重大研究上，并对其进行同等投资。
一种可能的形式是超导量子位，英特尔在开发此类测试芯片方面取得了快速进展，其他工业界和学术界也在寻求此类解决方案。
英特尔还在开发一种替代架构，利用该公司在世界级硅晶体管制造方面的专业知识。
这种替代架构称为“自旋量子位”，在硅芯片上运行，可以克服量子计算从研究到实际使用的一些障碍。
什么是自旋量子位？自旋量子位与我们现在所知的半导体电子和晶体管高度相似。
他们利用芯片设备上电子的自旋，并通过微小的微波脉冲控制其运动，释放其量子能量。
电子可以沿不同方向旋转。
当电子向上自旋时，数据代表二进制值1。
当电子向下自旋时，数据代表二进制值0。
然而，与超导量子位的运行方式类似，这些电子也会“叠加”，也就是说，它们有可能同时向上和向下旋转。
在这个过程中，理论上他们可以并行处理大量数据。
集，并且比经典计算机快得多。
为什么要研究自旋量子位？在量子计算商业化之前，研究人员必须克服的一项挑战是量子位的脆弱性。
任何噪音或无意的观察都会导致数据丢失。
这种脆弱性要求它们在极冷的温度下运行，这给芯片本身的材料设计和芯片运行所需的控制电子设备的设计带来了挑战。
超导量子位非常大，以至于它们在 55 加仑鼓大小的系统中运行，因此很难将量子系统的设计扩展到开发真正的商业系统所需的数百万个量子位。
与超导量子位相比，自旋量子位在解决这些挑战方面提供了一些优势：它们虽小但功能强大：自旋量子位的实际尺寸要小得多，并且它们的相干时间预计会长得多——如果研究人员的目标是扩大这一规模系统达到商业系统所需的数百万个量子比特，所以这是一个优势。
它们能够在更高的温度下运行：硅自旋量子位可以在比超导量子位更高的温度下运行（1 开尔文而不是 20 毫开尔文）。
通过将控制电子器件集成到更靠近处理器的位置，可以显着降低运行芯片所需的系统的复杂性。
英特尔和学术研究合作伙伴 QuTech* 正在探索在更高温度下运行的自旋量子位，并取得了有趣的结果，自旋量子位的运行温度比超导量子位高 1K（或高 50 倍）。
该团队计划在三月份的美国物理学会（APS）会议上分享这一结果。
英特尔的制造秘密：自旋量子位处理器的设计与传统的硅晶体管技术非常相似。
尽管在扩展技术方面存在关键的科学和工程挑战，但由于数十年大规模制造晶体管的经验，英特尔拥有出色的设备和基础设施。
自旋量子位研究现状如何？在今年 2 月的美国科学促进会 (AAAS) 年会上，QuTech 展示了其开发双量子位自旋量子计算机的成果，该计算机可以编程执行两种简单的量子算法。
这一发展为能够处理更复杂应用的更大自旋处理器铺平了道路。
更多信息请参考2月14日发表的《自然》杂志文章。
此外，英特尔还在其毫米级工艺技术上发明了自旋量子位制造工艺，采用专门用于生产自旋量子位测试芯片的同位素纯晶圆，并且可与英特尔先进晶体管技术在同一设施中使用。
中国制造。
英特尔正在测试其最初的晶圆，在几个月的时间里，英特尔预计每周生产许多晶圆，每个晶圆都包含数千个小型量子位的阵列。
未来，英特尔和 QuTech 将继续探索整个量子系统或“堆栈”中的超导和自旋量子位，从量子位设备到控制这些设备和量子应用所需的硬件和软件架构。
所有这些要素都是量子计算从研究走向现实的关键。
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