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Intel e QuTech mostrano avanzamenti per il superamento di ostacoli nel calcolo quantistico

Una nuova ricerca pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature evidenzia progressi nella scalabilità del calcolo quantico grazie al controllo ad alta fedeltà e alla programmabilità dei qubit in silicio ottenuti usando il controller criogenico Horse Ridge

La notizia: Intel e QuTech (una collaborazione tra la Delft University of Technology e la Netherlands Organisation for Applied Scientific Research nei Paesi Bassi) hanno pubblicato i principali risultati di una ricerca effettuata in campo quantistico per venire a capo del collo di bottiglia nelle interconnessioni che esistono tra i chip contenuti nei refrigeratori a diluizione criogenica e le complessi componenti elettroniche che operano a temperatura ambiente per controllare i qubit. Questi risultati sono stati riportati sulla prestigiosa rivista scientifica “Nature” e rappresentano un’importante pietra miliare nell’affrontare una delle più complesse sfide associate alla scalabilità del quantum computing, grazie al chip di controllo criogenico Horse Ridge di Intel.

“I risultati della nostra ricerca, ottenuti in partnership con QuTech, dimostrano in termini quantitativi che Horse Ridge, il nostro controller criogenico, è in grado di raggiungere il controllo di molteplici qubit in silicio con gli stessi risultati di alta fedeltà delle componenti elettroniche che operano a temperatura ambiente. Abbiamo inoltre dimostrato la multiplazione (multiplexing) di frequenza di due qubits usando un singolo cavo, risultato che spiana la strada alla semplificazione della ‘sfida del cablaggio’ nel quantum computing. Insieme, queste innovazioni consentiranno di lavorare in futuro alla completa integrazione dei chip di controllo quantico con i processori quantici, rimuovendo un importante ostacolo alla scalabilità del quantum computing”. – Stefano Pallerano, principal engineer degli Intel Labs

 

Perché è importante: uno dei principali colli di bottiglia nel calcolo quantico si verifica tra il chip quantico che risiede a temperature criogeniche in un refrigeratore a diluizione e l’elettronica di controllo dei qubit che opera a temperatura ambiente. Fare operare ad alta fedeltà l’elettronica di controllo anche a temperature criogeniche è fondamentale per superare quello che viene definito “l’ostacolo dell’interconnessione (o del cablaggio)”. Intel ha mosso i primi passi nell’affrontare questa problematica con l’introduzione di Horse Ridge, un chip di controllo criogenico per qubit basato sulla tecnologia FinFET Low Power da 22 nm di Intel. Una seconda generazione del chip è stata presentata lo scorso anno. Horse Ridge porta funzioni chiave di controllo per le operazioni di calcolo quantico nel refrigeratore criogenico, alla minima distanza possibile dai qubit stessi, per ridurre la complessità dei cablaggi di controllo per i sistemi quantici.

Questa ricerca dimostra con successo, attraverso parametri di riferimenti resi casuali, che un controllore criogenico basato su CMOS disponibili in commercio è in grado di ottenere il controllo coerente di un processore a due qubit con gli stessi livelli di fedeltà (99,7%) rispetto a componenti elettronici che operano a temperatura ambiente. Questa è una pietra miliare nel campo dell’elettronica criogenica per il calcolo quantico.

A photo shows an Intel “Horse Ridge” chip mounted on a circuit board. Horse Ridge is a cryogenic control chip for qubits built using Intel’s 22nm FinFET Low Power technology. (Credit: Marieke de Lorijn)

Ulteriori informazioni sulla ricerca: Intel e QuTech hanno dimostrato con successo il mulitplexing delle frequenze utilizzando lo stesso cavo per controllare due qubit. Questa è un’importante prova di fattibilità perché a oggi ciascun qubit è individualmente controllato da un cavo dedicato – e questo è un approccio che limità la scalabilità al crescere del numero di qubit. Horse Ridge mira a risolvere quella limitazione utilizzando il multiplexing per ridurre il numero di cavi a radiofrequenza utilizzati per controllare i qubit.

Il team di ricerca ha dimostrato la programmabilità del controllore eseguendo l’algoritmo a due qubit chiamato Deutsch–Jozsa, che è più efficiente su un computer quantico di quanto non lo sia su un computer tradizionale.

I risultati della ricerca, verificati attraverso un benchmarking randomizzato, danno validità alla promessa originaria di Horse Ridge di fornire una soluzione altamente integrata e scalabile per semplificare l’elettronica di controllo quantico e dimostrare che la tecnologia può essere applicata direttamente ad algoritmi multi-qubit e a dispositivi quantici di grandezza intermedia caratterizzati da rumore.

Prossimi sviluppi: con il proseguire delle ricerche in questo campo, potrebbe essere possibile integrare completamente il chip di controllo e i qubit sullo stesso circuito – infatti sono tutti basati su silicio – o sullo stesso package, preparando il terreno alla scalabilità dei computer quantistici.

Altre informazioni correllate: Quantum Computing at Intel (Press Kit) | Intel Labs (Press Kit) | QuTech release

 

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