在过去50年左右的时间里，英特尔一直是经典计算机硅晶体管的主要先驱之一。现在，它是一个拥有可靠量子计算策略的公司。

2023年英特尔量子计算背后的关键概念

传统上，二进制计算被称为经典计算。作为传统计算方法的一部分，信息存储在比特中，逻辑上由0(关闭)或1(打开)表示。

然而，量子计算机使用纠缠和叠加等量子物理原理进行计算。量子位，也称为量子比特，能够在多种状态下进行概率运行，使并行性和计算效率达到前所未有的水平。

目前的量子系统中只有几十或几百个纠缠的量子比特，这限制了它们解决现实世界问题的能力。商业量子系统需要扩展到超过一百万个量子位，并克服诸如量子位的灵敏度和创建有效算法的障碍等挑战，才能变得实用。

通过与工业界和学术界合作伙伴的合作，英特尔就是在克服这些瓶颈方面取得重大进展的公司之一。由于英特尔在过去的50年里一直在开发硅晶体管，我们可以说它在QC竞赛中拥有某种“优势”，以建立其高性能能力。

英特尔正在利用其在大批量晶体管制造方面的专业知识来开发“热”硅自旋量子位，这是一种在更高温度下运行的更小的计算设备。除此之外，Horse Ridge II 低温量子控制芯片提供了更高的集成度，而低温探测器支持大容量测试，这有助于商业化。

最初的 Horse Ridge 控制器芯片最初是在 2019 年开发的。但是，通过操纵和读取量子位状态，Mark II 可以在使用多个量子位进行计算时控制多个门的潜力。

作为推进量子计算承诺的一部分，英特尔正在建立一个开发者社区。宾夕法尼亚大学、Technische Hochschule Deggendorf、庆应义塾大学、俄亥俄州立大学和宾夕法尼亚州立大学都获得了英特尔的资助，用于开发量子课程，这些课程将与其他大学共享，并作为这项工作的起点在学术界广泛使用.

在德国慕尼黑，德根多夫理工学院使用SDK来探索空气动力学和流体动力学问题。今年年初，德根多夫理工学院主办了英特尔量子计算挑战赛。许多提交的材料使用英特尔量子SDK检查了量子用例，例如图像去噪，逼真图像生成和非结构化搜索。作为另一位测试版用户，Leidos 正在探索量子机器学习、材料模拟以及天体物理学中的虫洞和黑洞等应用。

英特尔的量子计算优势

2022 年 9 月，英特尔发布了英特尔® 量子软件开发套件 (SDK) 的测试版。今年发布时，英特尔的量子自旋量子比特芯片和英特尔的 Horse Ridge II 控制芯片将在仿真中与 SDK 的全量子计算机互操作。该套件使用低级虚拟机 (LLVM) 编译器工具链，允许开发人员在模拟中对量子算法进行编程，从而使英特尔的 SDK 与 C/C++ 和 Python 应用程序无缝集成，从而实现更大的灵活性和定制化。

英特尔最重要的量子计算项目

借助 SDK 1.0，经典计算开发人员可以使用他们熟悉的编程语言与量子开发人员协作。它还包括用于执行混合量子经典算法的量子运行时环境。可以使用通用或英特尔硬件后端来模拟量子位，具体取决于开发人员的偏好。IQS（Intel® Quantum Simulator）是一种高性能的通用量子位模拟器，它是开源和高性能的。一个IQS节点可以支持32个量子比特，多个节点可以支持40多个量子比特。其次，目标后端模拟英特尔量子点量子比特硬件，并支持英特尔硅自旋量子比特的紧凑模型模拟。为了构建大型量子计算机，英特尔依靠其在硅晶体管制造方面的专业知识。

使用 SDK，用户可以识别量子计算机的系统架构需要哪些功能才能高效准确地运行算法。该 SDK 还被英特尔内部用于合作开发量子硬件和软件。SDK作为可定制、可扩展的平台，让量子应用开发更加灵活。除此之外，还可以比较编译器，这是经典计算开发中的标准功能，以确定算法的优化程度。通过查看源代码，用户可以了解系统如何存储数据。

该 SDK 将通过新功能得到增强，并在未来与英特尔的量子硬件无缝集成。

示例项目 1

2021 年 5 月，代尔夫特理工大学与荷兰应用科学研究组织合作，英特尔和 QuTech 发布了关键的量子研究成果，以解决低温稀释冰箱中的量子芯片与复杂的室温电子控制之间的“互连瓶颈”他们。同行评审的科学期刊《自然》涵盖了这些创新，标志着解决量子可扩展性最大挑战之一的重要里程碑。

关于此次合作，英特尔实验室首席工程师 Stefano Pellerano 表示，“与 QuTech 合作推动的研究结果定量证明，我们的低温控制器 Horse Ridge 可以实现与室温相同的高保真结果电子设备同时控制多个硅量子位。我们还使用单根电缆成功演示了两个量子位的频率复用，这为简化量子计算中的“布线挑战”扫清了道路。总之，这些创新为未来将量子控制芯片与量子处理器完全集成铺平了道路，解除了量子缩放的主要障碍。”

示例项目 2

2022年10月，宣布实现量子计算芯片量产。典型的研究和实验室过程涉及一次创建一个量子芯片。尽管采用了极紫外 (EUV) 光刻技术，英特尔还是成功地用许多芯片跨越了典型的 300 毫米晶圆，获得了迄今为止最高的均匀性和产量结果。该公司当时还表示，为了确定可以进一步优化制造工艺的领域，将对这些测试晶圆进行调查。

关于这一成就，英特尔量子硬件总监James Clarke表示： “英特尔在使用自己的晶体管制造技术制造硅自旋量子位方面继续取得进展。实现的高产量和均匀性表明，在英特尔既定的晶体管工艺节点上制造量子芯片是合理的策略，并且是随着技术成熟商业化而取得成功的有力指标。”

2023年英特尔量子计算将何去何从?

拥有哈佛大学物理化学博士学位，在英特尔工作了 20 多年的Clarke表示，目前英特尔已经取得了许多技术进步，比如开源库和新的量子比特处理器，但仍然需要更好的量子比特设备和更高质量的量子比特。他认为，我们可以通过开发比目前晶体管工艺更清洁、界面更清晰的材料来实现这一目标，同时他也指出，我们缺乏更复杂的互连技术。

他还意识到，通过在靠近量子位芯片的地方共同集成控制芯片，我们可以简化布线并实现更快的控制。最后，他意识到要实现量子实用性，我们需要证明纠错，以便拥有更稳定的量子位来执行最终可能的计算类型。

为了实现这一目标，他在 2022 年 11 月的一篇公司博客文章中说，“英特尔预见了量子与经典超级计算的混合未来。目前，我们仅限于使用相对较少的可以模拟或运行的量子位，以便可以在经典组件和量子组件之间共同优化量子算法。部分算法可能在经典系统上运行，其他数据来自量子系统。一台非常大规模的量子计算机旁边可能会有一台小型超级计算机。量子计算机的材料清单可能更多地来自经典计算空间而不是实际的量子芯片。”

参考链接：https://thequantuminsider.com/2023/04/26/intels-quantum-computing-technology-an-overview-2023/