Intel представила первый криогенный чип для квантовых вычислений
Intel Labs совместно с QuTech, партнерским проектом TU Delft и TNO, раскрыли ключевые технические характеристики криогенного квантового процессора под кодовым названием Horse Ridge.
Детали представлены в научной работе, опубликованной в рамках Международной конференции по твердотельной электронике 2020, которая состоялась в Сан-Франциско. В статье рассмотрены ключевые технические возможности Horse Ridge, которые позволяют решить фундаментальные проблемы при построении квантовой системы, достаточно мощной, чтобы продемонстрировать практичность и целесообразность квантовых вычислений, а также те преимущества, которые они в себе несут: масштабируемость, гибкость и точность.
Сегодня исследователи в области квантовых вычислений работают лишь с небольшим числом кубитов в маленьких, специально разработанных системах, окруженных сложными механизмами управления и межсоединений. Как отмечается, представленный Intel новый чип Horse Ridge значительно упрощает все эти сложные задачи. "Планомерно работая над масштабированием до тысяч кубитов, которые необходимы для демонстрации практичности и целесообразности квантовых вычислений, мы продолжаем уверенно продвигаться вперед, к созданию коммерчески жизнеспособных квантовых систем", заявили в комании.
Возможность применения квантовых вычислений для решения практических задач зависит от способности масштабировать систему до тысяч кубитов и одновременно управлять ей с высокой точностью. Чип Horse Ridge значительно упрощает современную сложную управляющую электронику, необходимую для работы такой квантовой системы, благодаря использованию высокоинтегрированной системы на кристалле. Она позволяет ускорить настройку системы, повысить производительность кубитов и обеспечить ее эффективное масштабирование до большего числа кубитов, необходимого для применения квантовых вычислений в решении практических задач.
Интегрированная система на кристалле, реализованная с использованием 22 нм CMOS технологии Intel FFL, объединяет в одном устройстве сразу четыре радиочастотных канала. Каждый канал способен контролировать до 32 кубитов, используя частотное мультиплексирование - метод, который делит общий доступный диапазон частот на серию непересекающихся частотных диапазонов, каждый из которых используется для передачи отдельного сигнала.
Используя эти четыре канала, Horse Ridge может потенциально контролировать до 128 кубитов с помощью одного устройства, что позволяет существенно сократить количество кабелей и инфраструктурного оборудования, по сравнению с тем, что требовалось ранее.
Увеличение числа кубитов вызывает другие проблемы, которые затрудняют наращивание мощности квантовой системы и ставят под вопрос возможность ее эксплуатации. Одним из таких потенциальных негативных последствий является снижение точности и производительности кубита. Разрабатывая чип Horse Ridge, Intel оптимизировала технологию мультиплексирования, которая позволяет масштабировать систему и уменьшить ошибки от "фазового сдвига" - явления, которое может возникнуть при управлении множеством кубитов на разных частотах, что приводит к появлению перекрестных помех между кубитами.
Различные частоты, используемые в Horse Ridge, можно "подстраивать" с высокой точностью, что позволяет квантовой системе адаптироваться и автоматически корректировать фазовый сдвиг при управлении несколькими кубитами через один и тот же радиочастотный канал, тем самым улучшая точность срабатывания кубитных вентилей.
Чип Horse Ridge способен работать с широким диапазоном частот, позволяя управлять как работой сверхпроводящих кубитов, так и спиновых кубитов. Трансмонсы обычно работают на частоте около 6-7 ГГц, тогда как спиновые кубиты - на частоте от 13 ГГц до 20 ГГц.
Intel изучает кремниевые спиновые кубиты, которые могут работать при достаточно высоких для кубитов температурах до 1 градуса Кельвина. Данное исследование открывает возможности для интеграции кремниевых спин-кубитных устройств и криогенной системы управления, реализованной в Horse Ridge, для создания решения, которое позволяет объединить кубиты и элементы управления в одном удобном пакете.
