英特爾量子計(jì)算之道：質(zhì)量先行，規(guī)模在后

十三 2023-09-23 19:19:27 來(lái)源：量子位

金磊 發(fā)自 美國(guó)圣何塞

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

“關(guān)鍵在于質(zhì)量，而不是數(shù)量。”

這就是芯片巨頭英特爾研究院院長(zhǎng)Rich Uhlig，在Innovation 2023中對(duì)于量子計(jì)算給出的最新觀點(diǎn)。

在“數(shù)量”上，從目前量子計(jì)算整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，英特爾確實(shí)并不占優(yōu)勢(shì)，畢竟目前許多系統(tǒng)的量子比特?cái)?shù)量大約在幾十到幾百個(gè)之間。

而在這次大會(huì)中CEO基辛格展示的Tunnel Falls量子處理器（今年6月份已發(fā)布），其擁有的量子比特?cái)?shù)量?jī)H為12。

雖然數(shù)量上的現(xiàn)狀如此，但英特爾能夠說(shuō)出剛才那句話也是有底氣在的。

因?yàn)樗诹孔佑?jì)算上的路數(shù)還真是有點(diǎn)“不走尋常”的感覺(jué)，用首席技術(shù)官Greg Lavender的話來(lái)說(shuō)就是：

我們是唯一一家致力于硅量子比特的公司，我們不僅使用了熟悉的工藝和材料，還進(jìn)行了創(chuàng)新性的調(diào)整，以創(chuàng)造出領(lǐng)先的量子比特。

據(jù)了解，這是一種采用了更接近傳統(tǒng)微處理器制造的技術(shù)，可以利用硅芯片中的電子來(lái)記錄量子比特的狀態(tài)。

基辛格在現(xiàn)場(chǎng)所展示的，便是采用這種技術(shù)，鑲嵌了Tunnel Falls處理器的300毫米硅晶圓，總共容納了24000個(gè)量子比特。

不僅如此，在與Rich Uhlig的交流過(guò)程中，他還透露英特爾在量子計(jì)算上正在開(kāi)展另一個(gè)技術(shù)：

我們構(gòu)建了一個(gè)可以在非常低溫下運(yùn)行的量子控制芯片，被稱為“Horse Ridge”。

它可以在低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)量子系統(tǒng)的有效控制，并操縱和讀取量子位狀態(tài)，控制多個(gè)量子位糾纏所需的多個(gè)量子門(mén)。

我們認(rèn)為這將是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算規(guī)模化的關(guān)鍵因素，使量子比特在未來(lái)能夠進(jìn)一步擴(kuò)展。

質(zhì)量先行，規(guī)模在后

那么接踵而至的一個(gè)問(wèn)題便是，英特爾如此的路數(shù)，在量子計(jì)算領(lǐng)域能否實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)？

其實(shí)，若是用“以史為鑒”的方式來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，答案便可一目了然。

英特爾許多探索性的未來(lái)技術(shù)都來(lái)自成立于1989年的英特爾研究院，由現(xiàn)任CEO基辛格一手操辦。

現(xiàn)如今，英特爾的探索邏輯已經(jīng)形成了“發(fā)現(xiàn)”（Seek）、“解決”（Solve）和“推廣”（Scale）這樣一種模式。

對(duì)于“發(fā)現(xiàn)”的理解，是不局限于英特爾內(nèi)部、與大學(xué)等合作伙伴建立豐富的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)；不只是資助研究，更是讓英特爾的研究人員與他們的合作者共同參與研究、一起發(fā)表論文等。是一種互相學(xué)習(xí)的過(guò)程。

此外，英特爾還和其它研究機(jī)構(gòu)展開(kāi)合作，積極地“走出”英特爾，去開(kāi)拓視野。

在解決英特爾認(rèn)為值得解決的問(wèn)題時(shí)，研究院傾向于采取跨學(xué)科方法，涵蓋從集成電路衍生的各種領(lǐng)域。正如Uhlig所述：

我們有集成電路研究員，有為未來(lái)CPU、GPU和加速器做微型架構(gòu)的研究員，也有負(fù)責(zé)系統(tǒng)軟件研究、編程系統(tǒng)和編譯器的研究員。

我們研究工作負(fù)載，比如AI工作負(fù)載是大家都在關(guān)注的領(lǐng)域，但這不是唯一，還有很多其它新興的工作負(fù)載，我們都在緊跟前沿。

在所有這些研究當(dāng)中，我們會(huì)建立技術(shù)原型，采用系統(tǒng)視角，做硬件和軟件。我們盡量把概念向前推進(jìn)，這樣我們就有信心，當(dāng)這些概念進(jìn)入規(guī)模化階段時(shí)能夠走向成功。

我們不是象牙塔，我們分布在全球各地，與業(yè)務(wù)部門(mén)和產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)毗鄰而坐。從項(xiàng)目開(kāi)始初期直到項(xiàng)目結(jié)束，都是共同協(xié)作完成，就問(wèn)題陳述、方法和需要交付的內(nèi)容等問(wèn)題達(dá)成一致。這也是我們最終能夠成功將研究項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。

并且Uhlig還強(qiáng)調(diào)，當(dāng)研究院準(zhǔn)備好擴(kuò)大規(guī)模時(shí)，會(huì)借助英特爾的力量、強(qiáng)大的執(zhí)行能力來(lái)擴(kuò)大他們的產(chǎn)品規(guī)模，使其達(dá)到數(shù)千萬(wàn)，甚至數(shù)億的規(guī)模。

研究院與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作，特別是在開(kāi)源領(lǐng)域英特爾一直非常活躍。這就是英特爾規(guī)模化的一種方式。

如此模式之下，英特爾研究院在數(shù)十年時(shí)間里已經(jīng)“解鎖”了諸多被大眾所熟知的技術(shù)，如Thunderbolt、USB等等。

以Thunderbolt為例，它是將I/O整合到一個(gè)連接器上，當(dāng)時(shí)研究院的筆記本電腦上充斥著各種不同類(lèi)型的連接器，所以當(dāng)時(shí)他們就突發(fā)了一個(gè)想法，能否通過(guò)單一接口將它們整合在一起？

英特爾研究院花了幾年時(shí)間才做到這一點(diǎn)，而現(xiàn)在它已經(jīng)無(wú)處不在。

還有英特爾虛擬化技術(shù)（Intel Virtualization Technology），這也是Uhlig在實(shí)驗(yàn)室的第一個(gè)項(xiàng)目，在 2008 年最終成為產(chǎn)品之前，他們花了大約 10 年時(shí)間對(duì)此進(jìn)行研究，而現(xiàn)如今，在數(shù)據(jù)中心隨處可見(jiàn)它的身影。

硅光子學(xué)（silicon photonics）是另一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年的故事，構(gòu)建了從硅基激光器、調(diào)制器、光放大器到感光元件的所有基本要素，同樣證明了英特爾可以低成本地實(shí)現(xiàn)硅光子，這也成為英特爾相關(guān)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。

總體來(lái)看，用“十年磨一劍”來(lái)形容英特爾研究院的研發(fā)模式是再恰當(dāng)不過(guò)。

因此，在量子計(jì)算這條路上，是值得期待一波了。

參考鏈接：
https://www.cnet.com/tech/computing/intel-plans-a-quantum-computing-approach-to-leapfrog-rivals/