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Intel e QuTech svelano i dettagli del primo chip di controllo criogenico per il calcolo quantistico, nome in codice “Horse Ridge”

Stefano Pellerano, principal engineer at Intel Labs, holds Horse Ridge. The new cryogenic control chip will speed development of full-stack quantum computing systems, marking a milestone in the development of a commercially viable quantum computer. (Credit: Walden Kirsch/Intel Corporation)

Qual è la novità: Intel Labs, in collaborazione con QuTech – una partnership tra TU Delft e TNO (Organizzazione olandese per la ricerca scientifica applicata) – presenta le principali caratteristiche tecniche del suo nuovo chip di controllo criogenico per il calcolo quantistico, nome in codice Horse Ridge, in una ricerca diffusa in occasione della International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2020 di San Francisco. L’articolo svela le principali funzionalità tecniche di Horse Ridge destinate a risolvere sfide fondamentali nella costruzione di un sistema quantistico sufficientemente potente da dimostrare la praticabilità del computing quantistico: scalabilità, flessibilità e precisione.

“Oggi i ricercatori della quantistica lavorano con un numero limitato di qubit, utilizzando sistemi più piccoli e appositamente progettati, corredati di complessi meccanismi di controllo e interconnessione. Horse Ridge di Intel riduce notevolmente questa complessità: lavorando sistematicamente per raggiungere le migliaia di qubit richieste per la praticabilità del computing quantistico, continuiamo a ottenere progressi costanti per trasformare in realtà il calcolo quantistico impiegabile commercialmente nel nostro futuro.” — Jim Clarke, Director of Quantum Hardware, Intel Labs

 

Perché è importante: La comunità di ricerca quantistica è al primo miglio di una maratona per dimostrare la praticabilità del computing quantistico. L’applicazione del calcolo quantistico a problemi pratici dipende dalla capacità di scalare e di controllare contemporaneamente migliaia di qubit con alti livelli di precisione. Horse Ridge semplifica notevolmente la complessa elettronica di controllo attualmente richiesta per far funzionare un tale sistema quantistico, utilizzando un SoC altamente integrato per tempi di configurazione più rapidi, prestazioni migliorate dei qubit e ampliamento efficiente per il maggior numero di qubit necessario affinché il calcolo quantistico sia in grado di risolvere applicazioni pratiche del mondo reale.

 

Principali dettagli tecnici inclusi nel documento di ricerca:

Scalabilità: Il design del SoC integrato, implementato utilizzando la tecnologia CMOS FFL (FinFET Low Power) a 22 nm di Intel, integra quattro canali a radiofrequenza (RF) in un singolo dispositivo. Ogni canale è in grado di controllare fino a 32 qubit sfruttando il “multiplexing di frequenza”, una tecnica che suddivide la larghezza di banda totale disponibile in una serie di bande di frequenza non sovrapposte, ciascuna delle quali viene utilizzata per trasportare un segnale separato.

Sfruttando questi quattro canali, Horse Ridge è potenzialmente in grado di controllare fino a 128 qubit con un singolo dispositivo, riducendo sostanzialmente il numero di cavi e strumentazioni per rack finora necessari.

Precisione: Gli incrementi del numero di qubit innescano altri problemi che mettono alla prova la capacità e il funzionamento del sistema quantistico. Uno di questi potenziali effetti è un calo della precisione e delle prestazioni dei qubit. Nella fase di sviluppo di Horse Ridge, Intel ha ottimizzato la tecnologia multiplexing che consente al sistema di scalare e ridurre gli errori da “sfasamento”, un fenomeno che può verificarsi quando si controllano molti qubit a frequenze diverse, con conseguente diafonia tra i qubit.

Le varie frequenze sfruttate da Horse Ridge possono essere “sintonizzate” con alti livelli di precisione, consentendo al sistema quantistico di adattarsi e correggere automaticamente lo sfasamento quando controlla molteplici qubit con la stessa linea di radiofrequenza, migliorando la precisione del gate dei qubit.

Flessibilità: Horse Ridge può coprire un’ampia gamma di frequenze, consentendo il controllo sia dei qubit superconduttori (noti come transmoni) sia dei qubit di spin. I transmoni operano normalmente tra 6 e 7 GHz, mentre i qubit di spin tra 13 e 20 GHz.

Intel sta esplorando qubit di spin in silicio, che hanno il potenziale di operare a temperature fino a 1 kelvin. Questa ricerca apre la strada all’integrazione dei dispositivi qubit di spin in silicio e dei controlli criogenici di Horse Ridge per creare una soluzione che offre qubit e controlli in un package semplificato.

 

Intel a ISSCC: Intel e QuTech hanno presentato i risultati della loro ricerca congiunta nell’articolo “A Scalable Cryo-CMOS 2-to-20GHz Digitally Intensive Controller for 4×32 Frequency Multiplexed Spin Qubits/Transmons in 22nm FinFET Technology for Quantum Computers” durante la Sessione 19 dell’ISSCC di martedì 18 febbraio

 

Ulteriori informazioni: Fact Sheet Horse Ridge | Intel e il calcolo quantistico  | Intel Labs

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