Intel Horse Ridge znosi kluczowe bariery w skalowalności kwantowej

Horse Ridge ma stawić czoła podstawowym wyzwaniom w budowaniu systemu kwantowego, który byłby na tyle potężny, aby zaprezentować praktyczność kwantową pod kątem skalowalności, elastyczności oraz dokładności.


Intel Labs we współpracy z firmą QuTech poczynili postępy w badaniach nad sprzętem kwantowym i ekosystemem jego oprogramowania. Nowy owoc ich współpracy, kriogeniczny układ kontroli kwantowej Horse Ridge, to wysoce zintegrowany SoC, który zapewnia eleganckie rozwiązanie umożliwiające kontrolę wielu qubitów o wysokiej dokładności. Jest to wielki kamień milowy na drodze do kwantowej praktyczności.

Dlaczego jest to takie ważne?

Społeczność badaczy kwantowych jest na pierwszej mili maratonu w kierunku demonstracji praktyczności kwantowej. Zastosowanie obliczeń kwantowych do problemów praktycznych zależy od zdolność do skalowania i kontrolowania tysięcy qubitów jednocześnie z wysokim poziomem dokładności. Horse Ridge znacznie upraszcza dzisiejszą skomplikowaną elektronikę sterowania, wymaganą do obsługi takiego systemu kwantowego, poprzez zastosowanie wysoce zintegrowanego SoC dla szybszego czasu konfiguracji, poprawy wydajności qubitu i efektywności skalowania do większych ich ilości, wymaganych do obliczeń kwantowych w celu rozwiązania praktycznych problemów świata rzeczywistego.

Główne cechy Horse Ridge

Skalowalność

Zintegrowana konstrukcja SoC, zaimplementowana w technologii Intel 22nm FFL (FinFET Low Power) CMOS, integruje cztery kanały częstotliwości radiowej (RF) w jednym urządzeniu. Każdy kanał jest w stanie kontrolować do 32 qubitów, wykorzystując "multipleksację częstotliwości" - technikę, która dzieli całkowite dostępne pasmo na szereg nie nakładających się na siebie pasm częstotliwości, z których każde jest wykorzystywane do przenoszenia oddzielnego sygnału. Wykorzystując te cztery kanały, Horse Ridge może potencjalnie kontrolować do 128 qubitów za pomocą pojedynczego urządzenia, znacznie redukując poprzednio wymaganą liczbę kabli i oprzyrządowań w szafach rackowych.

Dokładność

Wzrost liczby qubitów powoduje inne problemy, które stanowią wyzwanie dla działania systemu kwantowego. Jednym z takich potencjalnych skutków jest spadek precyzji qubitowej i wydajności. Opracowując Horse Ridge, firma Intel zoptymalizowała technologię multipleksacji, która pozwala systemowi na skalowanie i redukcję błędów z "przesunięcia fazowego" - zjawiska, które może występować przy kontrolowaniu wielu qubitów o różnych częstotliwościach, co skutkuje przesłuchem wśród qubitami. Różne częstotliwości wykorzystywane w Horse Ridge mogą być "dostrajane" z wysokimi poziomami precyzji, pozwalającej systemowi kwantowemu na dostosowanie i automatyczną korektę przesunięcia fazowego przy sterowaniu wieloma qubitami za pomocą tej samej linii RF, poprawiając dokładność bramki qubitowej.

Elastyczność

Horse Ridge może obejmować szeroki zakres częstotliwości, umożliwiając kontrolę zarówno nadprzewodzących qubitów (tzw. transmonów), jak i spin qubitów. Transmony zazwyczaj pracują w zakresie od 6 do 7 GHz, natomiast qubity spinowe w zakresie od 13 do 20 GHz. Intel bada krzemowe qubity spinowe, które mogą pracować w temperaturach nawet 1 kelwina. Badania te torują drogę do zintegrowania krzemowych urządzeń typu spin qubit i kriogenicznych urządzeń sterujących Horse Ridge, aby stworzyć rozwiązanie, które dostarcza qubity i urządzenia sterujące w jednym uproszczonym pakiecie.