Intel presenta su chip de control de computación cuántica de segunda generación

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Intel dio a conocer su chip de control de computación cuántica de segunda generación durante su evento virtual Intel Labs de hoy. El chip, con nombre en código Horse Ridge II, es otro hito para hacer que la computación cuántica, uno de los santos griales de la computación, sea más práctica. El nuevo prototipo se basa en el controlador Horse Ridge de primera generación presentado en 2019. Horse Ridge II tiene más capacidad y mayores niveles de integración para controlar una computadora cuántica, lo que sigue siendo un objetivo a largo plazo para la compañía.

Al comienzo del proyecto, los investigadores de Intel diseñaron el sistema escalable en chip (SOC) para funcionar a temperaturas criogénicas, simplificando la electrónica de control y las interconexiones necesarias para escalar y operar con elegancia grandes sistemas de computación cuántica. La mayoría de los sistemas de computación cuántica solo funcionan a temperaturas cercanas al punto de congelación. Intel está tratando de cambiar eso, pero mientras tanto, el chip de control elimina tener que pasar cientos de cables en una caja refrigerada que alberga la computadora cuántica.

Los investigadores cuánticos están trabajando con solo un pequeño número de qubits, o bits cuánticos, utilizando sistemas más pequeños y diseñados a medida rodeados de complejos mecanismos de control e interconexión. La aplicación de la computación cuántica a problemas del mundo real se basa, ante todo, en la capacidad de escalar y controlar miles de qubits al mismo tiempo, con altos niveles de fidelidad.

Los aumentos en el recuento de qubit desencadenan otros problemas que desafían la capacidad y el funcionamiento del sistema cuántico. Uno de esos impactos potenciales es la disminución de la fidelidad y el rendimiento de los qubit. En el desarrollo del Horse Ridge original, Intel optimizó la tecnología de multiplexación que permite al sistema escalar y reducir los errores de «cambio de fase», un fenómeno que puede ocurrir cuando se controlan muchos qubits a diferentes frecuencias, lo que resulta en diafonía entre qubits. Los ingenieros pueden ajustar varias frecuencias apalancadas con Horse Ridge con altos niveles de precisión, lo que permite que el sistema cuántico se adapte y corrija automáticamente el cambio de fase al controlar varios qubits con la misma línea de radiofrecuencia (RF), mejorando la fidelidad de la compuerta de qubit.

Con Horse Ridge II, los investigadores de Intel han agregado la capacidad de manipular y leer estados de qubit y controlar el potencial de varias puertas necesarias para enredar múltiples qubits, según una charla de Jim Clarke, director de hardware cuántico en el Grupo de Investigación de Componentes de Intel.

Por qué importa

Stefano Pellerano, Ingeniero Principal de Intel Labs, posee Horse Ridge. El nuevo chip de control criogénico acelerará el desarrollo de sistemas de computación cuántica de pila completa, marcando un hito en el desarrollo de una computadora cuántica comercialmente viable.

Arriba: Stefano Pellerano, ingeniero principal de Intel Labs, sostiene la cresta del caballo original.

Crédito de la imagen: Intel

Intel dijo que los primeros sistemas cuánticos de hoy en día utilizan electrónica de temperatura ambiente con muchos cables coaxiales que se enrutan al chip qubit dentro de un refrigerador de dilución. Esta es la razón por la que el chip que se ve en la imagen está rodeado de cables y sistemas de enfriamiento criogénico. Este enfoque no se escala a un gran número de qubits debido al factor de forma, el costo, el consumo de energía y la carga térmica de la unidad de refrigeración. Con el Horse Ridge original, Intel dio el primer paso para abordar este desafío al eliminar la necesidad de múltiples estantes de equipo y miles de cables que entraban y salían del refrigerador para operar la máquina cuántica. Intel reemplazó estos voluminosos instrumentos con un sistema en chip (SoC) altamente integrado que simplifica el diseño del sistema y utiliza sofisticadas técnicas de procesamiento de señales para acelerar el tiempo de configuración, mejorar el rendimiento de los qubit y permitir al equipo de ingeniería escalar eficientemente el sistema cuántico a recuentos de qubit más grandes.

Horse Ridge II se basa en la capacidad del SoC de primera generación para generar pulsos de RF para manipular el estado del qubit, conocido como qubit drive. Introduce dos funciones de control adicionales, allanando el camino para una mayor integración de los controles electrónicos externos en el SoC que funciona dentro del refrigerador criogénico.

Por ejemplo, una característica llamada lectura de qubit otorga la capacidad de leer el estado de qubit actual. La lectura es significativa, ya que permite la detección de estado qubit en el chip de baja latencia sin almacenar grandes cantidades de datos, lo que ahorra memoria y energía. Intel agregó un microcontrolador programable dentro del circuito integrado para permitir que Horse Ridge II ofrezca mayores niveles de flexibilidad en la forma en que se ejecutan las tres funciones de control. El microcontrolador utiliza técnicas de procesamiento de señales digitales para realizar un filtrado adicional de pulsos, lo que ayuda a reducir la diafonía entre qubits.

Intel construyó Horse Ridge II con un proceso de fabricación de aletas de baja potencia de 22 nanómetros. Funciona a una temperatura de 4 grados kelvin, o menos 452 grados Fahrenheit. Eso es bastante frío, solo una fracción por encima del cero absoluto.

Los cúbits de espín de silicio, el fundamento de los esfuerzos cuánticos de Intel, tienen propiedades que podrían permitirles operar a temperaturas de 1 kelvin o más, lo que reduciría significativamente los desafíos de refrigerar el sistema cuántico. Intel describirá más detalles técnicos en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido (ISSCC) en febrero de 2021.

Fotónica de silicio integrada para centros de datos

Arriba: Intel está investigando la fotónica de silicio para hacer que los centros de datos sean más eficientes.

Crédito de la imagen: Intel

Mientras tanto, Intel también anunció avances en la integración de la fotónica con silicio de bajo costo y alto volumen. Los avances representan un progreso crítico en el campo de las interconexiones ópticas, que abordan los crecientes desafíos en torno al escalado del rendimiento de la entrada/salida eléctrica (E/S) a medida que las cargas de trabajo de datos que consumen mucha informática abruman cada vez más el tráfico de red en los centros de datos. Intel demostró avances en componentes tecnológicos clave, incluida la miniaturización, allanando el camino para una integración más estrecha de las tecnologías ópticas y de silicio.

La industria informática se está acercando rápidamente a los límites prácticos del rendimiento eléctrico de entrada-salida (E/S). A medida que la demanda de ancho de banda para el procesamiento del centro de datos sigue aumentando, las E/S eléctricas no se escalan para mantener el ritmo, lo que resulta en un «muro de energía de E/S» que limita la energía disponible para las operaciones de procesamiento. Al llevar E/S ópticas directamente a los servidores y a los paquetes de chips, Intel espera romper esta barrera, permitiendo que los datos se muevan de manera más eficiente.

En el evento Intel Labs, la compañía demostró avances clave en bloques de construcción, que incluyen generación de luz, amplificación, detección, modulación, circuitos de interfaz de semiconductores de óxido metálico complementarios (CMOS) e integración de paquetes, todo lo cual es esencial para lograr una fotónica integrada. Un prototipo que se mostró en el evento presentó un estrecho acoplamiento de las tecnologías fotónicas y CMOS, que sirvió como prueba de concepto de la futura integración completa de la fotónica óptica con el silicio de procesamiento central. Intel también mostró moduladores de micro anillos que son 1000 veces más pequeños que los componentes tradicionales. El gran tamaño y el costo de los moduladores de silicio convencionales han sido una barrera para llevar la tecnología óptica a los paquetes de servidores, que requieren la integración de cientos de estos dispositivos. Estos resultados combinados allanan el camino para el uso extendido de la fotónica de silicio más allá de las capas superiores de la red al interior del servidor y en futuros paquetes de servidores.

VentureBeat

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