Nelle ultime ore, in occasione dell’Intel Labs Day, Intel ha presentato Horse Ridge II, il suo chip per il controllo criogenico di seconda generazione, segnando una nuova pietra miliare nei progressi dell’azienda verso il superamento dei limiti di impiego a larga scala dell’informatica quantistica e di uno dei più importanti ostacoli all’adozione di questa tecnologia. Basandosi sulle innovazioni introdotte con il controller Horse Ridge di prima generazione, presentato nel 2019, Horse Ridge II supporta capacità potenziate e livelli più elevati di integrazione per un controllo sofisticato del sistema quantistico. Le nuove caratteristiche comprendono la capacità di manipolare e leggere gli stati del qubit e di controllare il potenziale di diversi gate necessari per correlare molteplici qubit.
“Con Horse Ridge II, Intel continua a guidare l’innovazione nel campo dei controlli quantici criogenici, grazie alle nostre approfondite competenze interdisciplinari tra il team di progettazione dei circuiti integrati, i Lab e il team di sviluppo tecnologico. Riteniamo che aumentare il numero di qubit senza tenere conto delle complessità nel cablaggio che ne risultano sia paragonabile ad avere un’auto da corsa ed essere sempre imbottigliati nel traffico. Horse Ridge II rende ancora più agile il controllo dei circuiti quantici e ci aspettiamo che questo ulteriore progresso porti una maggiore fedeltà e minore consumo di energia, facendoci compiere un altro passo verso lo sviluppo di un circuito integrato quantico ‘senza traffico’”– Jim Clarke, director of Quantum Hardware, Components Research Group, Intel
Perché è importante: gli attuali sistemi quantici utilizzano elettronica a temperatura ambiente con molti cavi coassiali diretti verso il chip qubit all’interno di un refrigeratore a diluizione. Questo approccio non si adatta a un numero elevato di qubit a causa delle dimensioni, del costo, del consumo energetico e del carico termico del refrigeratore. Con il primo Horse Ridge, Intel ha compiuto il passo iniziale nell’affrontare questa sfida, semplificando notevolmente la necessità di disporre di molteplici rack di apparecchiature e migliaia di cavi che entrano ed escono dal refrigeratore per assicurare il funzionamento della macchina quantica. Intel ha sostituito questi ingombranti strumenti con un SoC (System-on-Chip) altamente integrato che semplifica la progettazione del sistema e utilizza sofisticate tecniche di elaborazione del segnale per accelerare i tempi di configurazione, migliorare le prestazioni dei qubit e consentire ai progettisti di scalare in modo efficiente il sistema quantico, portando a un maggiore computo di qubit.
Nuove funzioni: Horse Ridge II si basa sulla capacità, nota come qubit drive, del SoC di prima generazione di generare impulsi a radiofrequenza per manipolare lo stato del qubit. Presenta due nuove funzioni di controllo, aprendo la strada a un’ulteriore integrazione nel SoC di controlli elettronici esterni che operano all’interno del refrigeratore criogenico.
Le nuove funzioni abilitano:
- Lettura dei qubit: la funzione garantisce la capacità di leggere lo stato corrente del qubit. La lettura è significativa, in quanto consente il rilevamento dello stato dei qubit su chip a bassa latenza senza memorizzare grandi quantità di dati, risparmiando così memoria ed energia.
- Multigate pulsing: la capacità di controllare simultaneamente il potenziale di molte porte di qubit è fondamentale per efficaci letture e la correlazone (“entanglement”) dei qubit e per il funzionamento di molteplici qubit, aprendo la strada verso un sistema più scalabile
L’aggiunta di un microcontrollore programmabile che opera all’interno del circuito integrato consente a Horse Ridge II di fornire livelli più elevati di flessibilità e controlli sofisticati nel modo in cui vengono eseguite le tre funzioni di controllo. Il microcontrollore utilizza tecniche di elaborazione del segnale digitale per eseguire filtri aggiuntivi sugli impulsi, contribuendo a ridurre la diafonia tra i qubit.
Horse Ridge II è implementato utilizzando la tecnologia Intel FinFETa 22nm a basso consumo (22FFL) e il suo funzionamento è stato provato a una temperatura di 4 kelvin. Oggi, un computer quantistico funziona nella gamma dei millikelvin, solo una frazione di grado sopra lo zero assoluto. Ma gli spinqubitin silicio – base del lavoro di Intel nel calcolo quantico – hanno proprietà che potrebbero consentire loro di funzionare a temperature di 1 kelvin o superiori, il che ridurrebbe significativamente i problemi di refrigerazione del sistema quantistico.
La ricerca sul controllo criogenico di Intel si concentra sul raggiungimento dello stesso livello di temperatura operativa sia per i controlli che per gli spinqubitin silicio. I progressi in corso in questo settore, come dimostrato in Horse Ridge II, rappresentano un progresso rispetto agli approcci basati sulla forza bruta odierni per il ridimensionamento delle interconnessioni quantistiche e sono un elemento fondamentale della visione a lungo termine dell’azienda per la messa in pratica della quantistica.
Prossimi sviluppi: Intel presenterà ulteriori dettagli tecnici da questa ricerca durante l’International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) nel febbraio 2021.
