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Intel presenta el chip de control cuántico criogénico Horse Ridge

Intel Horse Ridge II – Durante el evento virtual de Intel Labs, presentó Horse Ridge II, el chip de control criogénico de segunda generación, que marca un hito más en el avance de la compañía hacia la superación de la escalabilidad, uno de los obstáculos más grandes de la computación cuántica.

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Basándose en las innovaciones en el controlador Horse Ridge de primera generación que se introdujo en 2019, Horse Ridge II llega al mercado con capacidades mejoradas y niveles más altos de integración para un control del sistema cuántico.

Entre las nuevas características se encuentran la capacidad de manipular y leer estados de cúbits (bits cuánticos) y controlar el potencial de varias puertas necesarias para entrelazar una cantidad extensa de cúbits.

“Con Horse Ridge II, Intel dirige la innovación en el campo de controles criogénicos cuánticos, basándonos en nuestra experiencia interdisciplinaria profunda en los equipos de Diseño Circuito Integrado, Laboratorios y Desarrollo Tecnológico. Creemos que aumentando el número de cúbits, sin abordar las complejidades de cableado resultantes, es como tener un automóvil deportivo, pero estar constantemente atascado en el tráfico. Horse Ridge II simplifica aún más los controles de circuito cuántico, esperamos que este progreso, en brindar mayor fidelidad y menor potencia de salida, nos acerque un paso más al desarrollo de un circuito cuántico integrado ‘sin tráfico’”. 

Jim Clarke, director del Grupo de Investigación de Hardware Cuántico y Componentes de Intel

Los sistemas cuánticos actuales utilizan electrónica a temperatura ambiente con muchos cables coaxiales enrutados al chip de cúbits que está dentro de un refrigerador de dilución.

Este método no escala a un gran número de cúbits debido al formato, costo, consumo de energía y la carga térmica al refrigerador.

Con el Horse Ridge original, Intel dio el primer paso para abordar este desafío optimizando el funcionamiento de la máquina cuántica al simplificar radicalmente la necesidad de muchos bastidores de equipo y miles de cables que entran y salen del refrigerador.

En su lugar, Intel sustituyó estos instrumentos voluminosos con un sistema en chip (SoC) altamente integrado, que simplifica el diseño del sistema y utiliza técnicas de procesamiento de señales sofisticadas para acelerar el tiempo de preparación, mejorar el rendimiento de los cúbits que permitir al equipo de ingeniería escalar en forma eficiente el sistema cuántico a conteos de cúbits mayores.

Horse Ridge II se basa en la capacidad de los SoC de primera generación para generar impulsos de radiofrecuencia, con el fin de manipular el estado del cúbit drive.

Las innovaciones de Intel introducen dos funciones de control adicionales, sentando las bases para una mayor integración de los controles electrónicos externos en la SoC que funciona dentro del refrigerador criogénico.

Intel Horse Ridge II – Las nuevas funciones permiten:

  • Lectura de cúbits: Esta función garantiza la capacidad de leer el estado actual. La lectura es importante, ya que permite la detección del estado del cúbit de baja latencia, en el chip, sin almacenar grandes cantidades de datos, con lo que se ahorra memoria y energía.
  • Pulsación multipuerta: La capacidad de controlar simultáneamente el potencial de muchas puertas de cúbits es fundamental para lograr lecturas efectivas, el entrelazamiento y operación de muchos cúbits, lo cual allana el camino hacia un sistema más escalable.   

La adición de un microcontrolador programable que funcione dentro del circuito integrado permite que Horse Ridge II ofrezca mayores niveles de flexibilidad y controles sofisticados en la manera en que se ejecutan las tres funciones de control.

El microcontrolador utiliza técnicas de procesamiento de señales digitales para realizar filtrado adicional en los impulsos, ayudando a reducir la interacción entre cúbits.

Horse Ridge II se implementa al utilizar la tecnología Intel FinFET de 22 nm y bajo consumo (22FFL) y su funcionalidad se verificó a 4 kelvins. En la actualidad, una computadora cuántica funciona en el rango de milikelvins – solo una fracción de un grado sobre cero absoluto.  

Sin embargo, los spin cúbits en silicio – el fundamento de las labores cuánticas de Intel – tienen propiedades que podrían permitirles operar a temperaturas de 1 kelvin o más, lo cual reduciría considerablemente los desafíos de la refrigeración del sistema cuántico.

La investigación de control criogénico de Intel se centra en alcanzar el mismo nivel de temperatura operativa tanto para los controles como para cúbits en silicio.

Los avances en curso en esta área, como se demostró en Horse Ridge II, representan el progreso con respecto a los actuales enfoques de fuerza bruta para la escalación de las interconexiones cuánticas; son un elemento fundamental de la visión de practicidad cuántica a más largo plazo de la compañía.  

Intel presentará datos técnicos adicionales de esta investigación durante la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido en febrero de 2021.

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