Intel y QuTech revelan detalles del primer chip criogénico de control de computación cuántica

Intel Labs junto con QuTech, que es una asociación entre TU Delft y TNO (Organización de Investigación Científica Aplicada de los Países Bajos) presentaron un documento de investigación durante la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido 2020 (ISSCC) en San Francisco que explica las principales características técnicas de su nuevo chip criogénico de control cuántico llamado “Horse Ridge“.

Ese documento ofrece algunas de las principales capacidades técnicas de Horse Ridge que son fundamentales para la construcción de un sistema cuántico lo suficientemente potente como para demostrar la viabilidad cuántica.

Intel Horse Ridge - Computación Cuántica
Stefano Pellerano, ingeniero principal de Intel Labs, muestra Horse Ridge. Imagen: Walden Kirsch/Intel Corporation

Como bien lo indica Intel, aplicar la computación cuántica a problemas prácticos depende de la capacidad de escalar y controlar miles de qubits al mismo tiempo con altos niveles de fidelidad.  Horse Ridge simplificaría en gran medida la compleja electrónica de control actual que es tan necesaria para operar un sistema cuántico de este tipo y lo hace mediante el uso de un sistema altamente integrado en el chip (SoC) para un tiempo de configuración más rápido, un mejor rendimiento de los qubits y un escalado eficiente a mayores cantidades de qubits necesarios para poder resolver problemas prácticos del mundo real.

A continuación tienen detalles técnicos claves explicados en el documento sobre las soluciones que brindará Horse Ridge:

Escalabilidad:

El diseño integrado de SoC, implementado con la tecnología CMOS de 22nm FFL (FinFET Low Power) de Intel, integra cuatro canales de radiofrecuencia (RF) en un solo dispositivo. Cada canal es capaz de controlar hasta 32 qubits aprovechando la “multiplexación de frecuencias”, una técnica que divide el ancho de banda total disponible en una serie de bandas de frecuencia no superpuestas, cada una de las cuales se utiliza para transportar una señal separada.

Aprovechando estos cuatro canales, Horse Ridge puede controlar potencialmente hasta 128 qubits con un solo dispositivo, lo que reduce sustancialmente el número de cables e instrumentos de bastidor que se requerían anteriormente.

Fidelidad:

Los aumentos en el número de qubits desencadenan otros problemas que ponen en tela de juicio la capacidad y el funcionamiento del sistema cuántico. Uno de esos posibles efectos es la disminución de la fidelidad y el rendimiento en qubits. Al desarrollar Horse Ridge, Intel optimizó la tecnología de multiplexación que permite que el sistema escale y reduzca los errores de “desplazamiento de fase”, un fenómeno que puede ocurrir cuando se controlan muchos qubits a diferentes frecuencias, lo que da lugar a una diafonía entre qubits.

Las diversas frecuencias aprovechadas con Horse Ridge pueden “afinarse” con altos niveles de precisión, lo que permite que el sistema cuántico se adapte y corrija automáticamente el desplazamiento de fase cuando se controlan varios qubits con la misma línea de RF, mejorando la fidelidad de la puerta de qubits.

Flexibilidad:

Horse Ridge puede cubrir una amplia gama de frecuencias, permitiendo el control tanto de qubits superconductores (conocidos como transmisiones) como de qubits de giro. Las transmisiones en forma típica operan alrededor de 6 a 7 GHz, mientras que los spin qubits operan alrededor de 13 a 20 GHz.

Intel está explorando los spin qubits de silicio, que tienen el potencial de funcionar a temperaturas tan altas como 1 kelvin. Esta investigación prepara el camino para integrar los dispositivos de qubits de rotación de silicio y los controles criogénicos de Horse Ridge para crear una solución que ofrezca los qubits y los controles en un paquete racionalizado.

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