在英特尔看来，实用的量子计算未来还有很长的路要走，可能长达十年左右。他们意识到开发量子计算相关工程的复杂性，并制定了长期路线图：致力于面向未来提供强大的量子处理器芯片和纠错功能。他们不打算提供面向NISQ的应用程序产品。

优于超导量子比特

英特尔表示，他们在量子计算竞赛中的最大优势，是利用硅晶体管构建高性能计算模块方面的能力。尽管几年前，英特尔围绕超导量子计算进行了大量实验，并构建了一个代号为“Tangle Lake”的49个量子比特芯片，然而英特尔还是转向了硅基自旋量子比特领域。英特尔指出，相比超导量子比特，自旋量子比特有着显著优势，例如每个量子比特的裸片面积缩小了几个数量级。这在英特尔的最新研究成果中得到了验证：他们实现了在单个300mm的硅晶圆上集成了超过10,000个硅基自旋量子比特阵列。

英特尔表示，与其他团队使用电子束光刻、原子层沉积和剥离硅处理器等技术不同，他们采用的是先进的标准EUV（极紫外）光学光刻、等离子蚀刻、CMP（化学机械抛光）以及大规模193nm光刻工艺构建硅基自旋量子比特芯片。经过在制造设施中不断优化晶体管制造工艺和步骤的多年经验，英特尔的先进制造方法已具备了高产量、高精度、低污染、高匀度、高再生性优势。并且基于自旋量子比特技术，英特尔可以通过自家芯片晶圆厂来生产该芯片，而不需要再安装新的制造设备。

英特尔在与供应商合作以获得高质量材料和化学品方面拥有丰富的经验，他们将利用这一专业知识来获得更纯净的硅材料——28 Si，这是一种硅原子的同位素，不表现出核自旋特性，而有助于提高相干时间。对于传统的晶体管加工，他们使用的是含有28 Si、 29 Si 和 30 Si 混合物的天然硅，后两种同位素具有固有的核自旋特性，对于生产硅基自旋量子比特来说就需要被剔除。

英特尔在APS三月会议上提到的设备是线性配置的设备，“英特尔”量子门：门大小（gate sizes）代表了在隧道势垒控制设计中被捕获的电子堆积数量以及柱塞、阻挡结构的数量（见下图），有55门、23门、17门、7门。这些配置仅支持最近邻耦合，最小的配置具有3个量子比特，最大的配置支持几十个量子比特。

基于硅自旋量子比特，英特尔报告了良好的相干性和保真度数：基于自旋量子比特技术，其松弛时间T1（激发态|1⟩向基态|0⟩ 衰减所需的时间）约为14-65毫秒，相干时间T2约为1微秒，单量子比特随机基准测试保真度接近99.9%。英特尔表示，如果采用纯28 Si原料，测量结果无疑将更进一步改善。

走全栈量子计算路线

虽然英特尔不需要新设备来制造芯片，但他们已经在2019年与BlueFors和Afore合作，开发了一台可以在短时间内达到1.6开尔文低温的晶片探测器。在开发超导或自旋量子比特芯片中，所面临的一项特殊挑战是，芯片需要冷却到开尔文或毫开尔文温度才能进行测试。

普通晶体管没有这个问题，因为它们的晶片可以在室温下进行测试，从而为工程师提供关于新制造晶片结果的快速反馈。冷冻探针允许英特尔将新的晶片棒放入反应室，并在几个小时内开始获得结果。这使他们能够快速评估加工的进展情况，并向工艺工程师反馈，找出晶片上的哪些芯片是最好的(称为Hero设备)，然后将这些最好的芯片封装起来，并将其安装在稀释冰箱中进行进一步测试。没有冷冻探针测试芯片需要将设备插入稀释冰箱，并等待几天，然后冰箱冷却到毫开尔文温度，这样工程师就可以开始测试芯片。

英特尔表示，这种低温探针功能提供了1000倍的改进，是英特尔工程师的一个主要优势，使他们能够更快地迭代和改进他们的设计。

英特尔正在研究的另一项关键技术是开发一种cryoCMOS控制芯片，它可以放置在量子位附近，消除了从室温电子设备到量子位芯片通过稀释冰箱所需的大量布线。这可能是一个主要的机械工程问题，特别是当量子位的数量继续朝着每个系统1000或更多的方向发展时。英特尔与QuTech合作开发了一款名为Horseridge Il的芯片目前正在测试。

关于英特尔量子研究发展的一个有趣的点是，他们不仅仅停留在开发硬件上。他们正在寻求包括软件在内的全栈方法，如下图所示:

英特尔全栈质量控制方法示意图

目前，英特尔已经开发了自己的软件开发工具包(SDK)，带有基于LLVM架构的C++编译器和系统软件工作流程，旨在高效执行经典/量子变分算法。其中，优化的编译器将接受用户的程序，并以最有效的方式将其编译为处理器的原始门集，从而控制经典处理器和量子处理器之间的所有交互，实现高效协作。SDK支持用户像开发一些不同的模拟器一样开发量子点芯片。英特尔还有一个软件团队，研究如何在基于自旋量子比特的量子处理器上运行这些算法。

正如本文开头所指出的，英特尔认为量子技术的发展仍处于非常早期的阶段，他们不打算很快为终端用户提供云访问。然而，他们宣布将与阿贡国家实验室合作，并在今年晚些时候为阿贡提供一个量子测试床。他们希望这个测试平台含有量子比特，其主要目的将是提供额外的测试和反馈英特尔的自旋量子位技术。

英特尔提供商业量子产品的最终商业模式似乎还没有完全确定。他们有很多选择，包括销售单个芯片、向oem提供全量子计算机、与云提供商合作，甚至自己成为云提供商。但仍有许多技术开发工作需要完成，量子生态系统肯定会在未来几年发生巨大变化。因此，对他们来说，在短期内保留选择权可能是最好的。无论如何，我们祝愿他们取得最大的成功。

原文链接：https://quantumcomputingreport.com/a-look-at-intels-quantum-computing-efforts/

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