Intel dévoile sa puce de contrôle informatique quantique de deuxième génération

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Intel a dévoilé sa puce de contrôle de l’informatique quantique de deuxième génération lors de son événement virtuel Intel Labs aujourd’hui. La puce, nom de code Horse Ridge II, est une autre étape importante pour rendre l’informatique quantique — l’un des graals de l’informatique — plus pratique. Le nouveau prototype s’appuie sur le contrôleur Horse Ridge de première génération introduit en 2019. Horse Ridge II a plus de capacités et des niveaux d’intégration plus élevés pour contrôler un ordinateur quantique, ce qui reste un objectif à long terme pour l’entreprise.

Au début du projet, les chercheurs d’Intel ont conçu le système sur puce (SOC) évolutif pour fonctionner à des températures cryogéniques, simplifiant ainsi l’électronique de contrôle et les interconnexions nécessaires à l’évolutivité et au fonctionnement élégants de grands systèmes informatiques quantiques. La plupart des systèmes informatiques quantiques ne fonctionnent réellement qu’à des températures proches du point de congélation. Intel essaie de changer cela, mais en attendant, la puce de contrôle élimine d’avoir à faire passer des centaines de fils dans un boîtier réfrigéré qui abrite l’ordinateur quantique.

Les chercheurs en quantique ne travaillent qu’avec un petit nombre de qubits, ou bits quantiques, à l’aide de systèmes plus petits et conçus sur mesure, entourés de mécanismes de contrôle et d’interconnexion complexes. L’application de l’informatique quantique à des problèmes du monde réel repose d’abord et avant tout sur la capacité d’évoluer et de contrôler des milliers de qubits en même temps, avec des niveaux de fidélité élevés.

L’augmentation du nombre de qubits déclenche d’autres problèmes qui remettent en question la capacité et le fonctionnement du système quantique. Un tel impact potentiel est une baisse de la fidélité et des performances des qubits. En développant l’original Horse Ridge, Intel a optimisé la technologie de multiplexage qui permet au système d’évoluer et de réduire les erreurs dues au « déphasage” — un phénomène qui peut se produire lors du contrôle de nombreux qubits à différentes fréquences, entraînant une diaphonie entre les qubits. Les ingénieurs peuvent accorder différentes fréquences utilisées avec Horse Ridge avec des niveaux de précision élevés, ce qui permet au système quantum de s’adapter et de corriger automatiquement le déphasage lors du contrôle de plusieurs qubits avec la même ligne de radiofréquence (RF), améliorant ainsi la fidélité de la grille des qubits.

Avec Horse Ridge II, les chercheurs d’Intel ont ajouté la possibilité de manipuler et de lire les états des qubits et de contrôler le potentiel de plusieurs portes nécessaires pour enchevêtrer plusieurs qubits, selon une conférence de Jim Clarke, directeur du matériel quantique du Groupe de recherche sur les composants d’Intel.

Pourquoi ça compte

Stefano Pellerano, ingénieur principal chez Intel Labs, tient Horse Ridge. La nouvelle puce de contrôle cryogénique accélérera le développement de systèmes de calcul quantique à pile complète, marquant une étape importante dans le développement d'un ordinateur quantique commercialement viable.

Ci-dessus: Stefano Pellerano, ingénieur principal chez Intel Labs, tient la crête de cheval d’origine.

Crédit d’image: Intel

Intel a déclaré que les premiers systèmes quantiques d’aujourd’hui utilisent une électronique à température ambiante avec de nombreux câbles coaxiaux qui sont acheminés vers la puce qubit à l’intérieur d’un réfrigérateur de dilution. C’est pourquoi la puce que vous voyez sur l’image est entourée de fils et de systèmes de refroidissement cryogéniques. Cette approche ne s’adapte pas à un grand nombre de qubits en raison du facteur de forme, du coût, de la consommation d’énergie et de la charge thermique de l’unité de réfrigération. Avec l’original Horse Ridge, Intel a fait le premier pas vers la résolution de ce défi en éliminant le besoin de plusieurs racks d’équipements et de milliers de fils entrant et sortant du réfrigérateur pour faire fonctionner la machine quantique. Intel a remplacé ces instruments volumineux par un système sur puce (SoC) hautement intégré qui simplifie la conception du système et utilise des techniques de traitement du signal sophistiquées pour accélérer le temps de configuration, améliorer les performances des qubits et permettre à l’équipe d’ingénierie de faire évoluer efficacement le système quantique vers des nombres de qubits plus importants.

Horse Ridge II s’appuie sur la capacité du SoC de première génération à générer des impulsions RF pour manipuler l’état du qubit, appelé lecteur de qubit. Il introduit deux fonctions de commande supplémentaires, ouvrant la voie à une intégration plus poussée des commandes électroniques externes dans le SoC fonctionnant à l’intérieur du réfrigérateur cryogénique.

Par exemple, une fonctionnalité appelée lecture des qubits permet de lire l’état actuel des qubits. La lecture est importante, car elle permet une détection d’état de qubit sur puce à faible latence sans stocker de grandes quantités de données, économisant ainsi de la mémoire et de l’énergie. Intel a ajouté un microcontrôleur programmable dans le circuit intégré pour permettre à Horse Ridge II d’offrir des niveaux de flexibilité plus élevés dans l’exécution des trois fonctions de contrôle. Le microcontrôleur utilise des techniques de traitement du signal numérique pour effectuer un filtrage supplémentaire sur les impulsions, ce qui contribue à réduire la diaphonie entre les qubits.

Intel a construit Horse Ridge II avec un procédé de fabrication FinFET de faible puissance de 22 nanomètres. Il fonctionne à une température de 4 kelvins, soit moins 452 degrés Fahrenheit. C’est assez froid, juste une fraction au-dessus du zéro absolu.

Les qubits de spin de silicium — le fondement des efforts quantiques d’Intel – ont des propriétés qui pourraient leur permettre de fonctionner à des températures de 1 kelvin ou plus, ce qui réduirait considérablement les défis de la réfrigération du système quantique. Intel décrira plus en détail les détails techniques lors de la Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs (ISSCC) en février 2021.

Photonique au silicium intégrée pour les centres de données

Ci-dessus: Intel recherche la photonique au silicium pour rendre les centres de données plus efficaces.

Crédit d’image: Intel

Pendant ce temps, Intel a également annoncé des progrès dans l’intégration de la photonique au silicium à faible coût et à haut volume. Ces avancées représentent des progrès critiques dans le domaine des interconnexions optiques, qui répondent aux défis croissants liés à la mise à l’échelle des performances des entrées/ sorties électriques (E / S), car les charges de travail de données gourmandes en calcul submergent de plus en plus le trafic réseau dans les centres de données. Intel a démontré des progrès dans les blocs de construction technologiques clés, y compris la miniaturisation, ouvrant la voie à une intégration plus étroite des technologies optiques et du silicium.

L’industrie informatique se rapproche rapidement des limites pratiques des performances des entrées-sorties électriques (E/S). Alors que la demande de bande passante pour le calcul des centres de données ne cesse d’augmenter, les E / S électriques ne s’adaptent pas au rythme, ce qui entraîne un « mur d’alimentation en E / S” qui limite la puissance disponible pour les opérations de calcul. En introduisant les E / S optiques directement dans les serveurs et sur les paquets de puces, Intel espère éliminer cette barrière, permettant aux données de se déplacer plus efficacement.

Lors de l’événement Intel Labs, la société a démontré des progrès clés dans les blocs de construction, notamment la génération de lumière, l’amplification, la détection, la modulation, les circuits d’interface CMOS (semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire) et l’intégration de boîtiers — tous essentiels pour réaliser une photonique intégrée. Un prototype présenté lors de l’événement présentait un couplage étroit des technologies photoniques et CMOS, servant de preuve de concept d’intégration complète future de la photonique optique avec le silicium de calcul central. Intel a également présenté des modulateurs à micro-anneaux 1 000 fois plus petits que les composants traditionnels. La grande taille et le coût des modulateurs classiques en silicium ont été un obstacle à l’introduction de la technologie optique sur les paquets de serveurs, qui nécessitent l’intégration de centaines de ces dispositifs. Ces résultats combinés ouvrent la voie à l’utilisation étendue de la photonique au silicium au-delà des couches supérieures du réseau jusqu’à l’intérieur du serveur et sur les futurs paquets de serveurs.

VentureBeat

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