Intel presenterar sitt andra generationens kvantberäkningsstyrchip

gå med i Transform 2021 för de viktigaste teman i enterprise AI & Data. Läs mer.

Intel presenterade sin andra generationens quantum computing control chip under sin Intel Labs virtuella händelse idag. Chipet, kodnamnet Horse Ridge II, är en annan milstolpe mot att göra kvantberäkning — en av de heliga gralerna av databehandling-mer praktisk. Den nya prototypen bygger på den första generationen Horse Ridge controller som introducerades 2019. Horse Ridge II har mer kapacitet och högre integrationsnivåer för att styra en kvantdator, vilket fortfarande är ett långsiktigt mål för företaget.

i början av projektet utformade Intels forskare scalable system-on-chip (SOC) för att fungera vid kryogena temperaturer, vilket förenklar styrelektroniken och sammankopplingar som krävs för att elegant skala och driva stora kvantberäkningssystem. De flesta kvantberäkningssystem fungerar bara vid nära frysningstemperaturer. Intel försöker ändra det, men under tiden eliminerar kontrollchipet att behöva köra hundratals ledningar i ett kylt fall som rymmer kvantdatorn.

Kvantforskare arbetar med bara ett litet antal qubits, eller kvantbitar, med mindre, skräddarsydda system omgivna av komplexa kontroll-och sammankopplingsmekanismer. Att tillämpa kvantberäkning på verkliga problem beror först och främst på förmågan att skala till och kontrollera tusentals qubits samtidigt, med höga nivåer av trohet.

ökningar i qubitantal utlöser andra problem som utmanar kvantsystemets kapacitet och funktion. En sådan potentiell inverkan är en minskning av qubit-trohet och prestanda. Vid utvecklingen av den ursprungliga Horse Ridge optimerade Intel multiplexeringstekniken som gör det möjligt för systemet att skala och minska fel från ”phase shift” — ett fenomen som kan uppstå vid styrning av många qubits vid olika frekvenser, vilket resulterar i överhörning bland qubits. Ingenjörerna kan ställa in olika frekvenser med hästrygg med hög precision, vilket gör det möjligt för kvantsystemet att anpassa sig och automatiskt korrigera för fasförskjutning vid styrning av flera qubits med samma radiofrekvens (RF) linje, vilket förbättrar qubit gate-trohet.

med Horse Ridge II har Intels forskare lagt till möjligheten att manipulera och läsa qubit-tillstånd och kontrollera potentialen hos flera grindar som krävs för att förvirra flera qubits, enligt ett tal av Jim Clarke, chef för quantum hardware i Intels Components Research Group.

varför det är viktigt

Stefano Pellerano, huvudingenjör på Intel Labs, håller Horse Ridge. Det nya kryogena kontrollchipet kommer att påskynda utvecklingen av kvantberäkningssystem med full stack, vilket markerar en milstolpe i utvecklingen av en kommersiellt livskraftig kvantdator.

ovan: Stefano Pellerano, huvudingenjör på Intel Labs, har den ursprungliga Horse Ridge.

bildkredit: Intel

Intel sa att dagens tidiga kvantsystem använder rumstemperaturelektronik med många koaxialkablar som dirigeras till qubit-chipet i ett utspädningskylskåp. Det är därför chipet du ser på bilden är omgivet av ledningar och kryogena kylsystem. Detta tillvägagångssätt skala inte till ett stort antal qubits på grund av formfaktor, kostnad, strömförbrukning och termisk belastning på kylenheten. Med den ursprungliga Horse Ridge tog Intel det första steget mot att ta itu med denna utmaning genom att eliminera behovet av flera rack av utrustning och tusentals ledningar som kör in och ut ur kylskåpet för att kunna använda kvantmaskinen. Intel ersatte dessa skrymmande instrument med ett mycket integrerat system-on-chip (SoC) som förenklar systemdesignen och använder sofistikerade signalbehandlingstekniker för att påskynda installationstiden, förbättra qubit-prestanda och göra det möjligt för ingenjörsteamet att effektivt skala kvantsystemet till större qubit-räkningar.

Horse Ridge II bygger på första generationens SoC: s förmåga att generera RF-pulser för att manipulera tillståndet för qubit, känd som qubit-enhet. Det introducerar ytterligare två kontrollfunktioner, vilket banar väg för ytterligare integration av externa elektroniska kontroller i SoC som arbetar inuti det kryogena kylskåpet.

till exempel ger en funktion som kallas qubit-avläsning möjligheten att läsa det aktuella qubit-tillståndet. Avläsningen är signifikant, eftersom den möjliggör detektering av qubit-tillstånd på chip utan att lagra stora mängder data, vilket sparar minne och ström. Intel lade till en programmerbar mikrokontroller i den integrerade kretsen för att möjliggöra Horse Ridge II att leverera högre nivåer av flexibilitet i hur de tre styrfunktionerna utförs. Mikrokontroller använder digitala signalbehandlingstekniker för att utföra ytterligare filtrering på pulser, vilket hjälper till att minska överhörningen mellan qubits.

Intel byggde Horse Ridge II med en 22-nanometer låg effekt FinFET tillverkningsprocess. Det fungerar vid en temperatur av 4 Kelvin, eller minus 452 grader Fahrenheit. Det är ganska kallt, bara en bråkdel över absolut noll.

Silicon spin qubits — grunden för Intels kvantansträngningar-har egenskaper som kan göra det möjligt för dem att arbeta vid temperaturer på 1 kelvin eller högre, vilket avsevärt skulle minska utmaningarna med att kyla kvantsystemet. Intel kommer vidare att beskriva tekniska detaljer vid International Solid State Circuits Conference (ISSCC) i februari 2021.

integrerad kiselfotonik för datacenter

ovan: Intel undersöker kiselfotonik för att göra datacenter effektivare.

bildkredit: Intel

under tiden meddelade Intel också framsteg när det gäller att integrera fotonik med låg kostnad, högvolym kisel. Framstegen representerar kritiska framsteg inom området optiska sammankopplingar, som tar itu med växande utmaningar kring prestandaskalning av elektrisk input/output (I/O), eftersom beräkningshungriga databelastningar alltmer överväldigar nätverkstrafik i datacenter. Intel demonstrerade framsteg inom viktiga tekniska byggstenar, inklusive miniatyrisering, vilket banade väg för en stramare integration av optisk teknik och kiselteknik.

datorindustrin närmar sig snabbt praktiska gränser för elektrisk input-output (I/O) prestanda. Eftersom efterfrågan på bandbredd för datacenter-beräkning fortsätter att öka, är elektrisk I/O inte skalning för att hålla takt, vilket resulterar i en ”I/O-strömvägg” som begränsar tillgänglig ström för beräkningsoperationer. Genom att föra optisk I/O direkt till servrar och på chippaket hoppas Intel att bryta ner denna barriär, vilket gör det möjligt för data att röra sig mer effektivt.

vid Intel Labs-evenemanget visade företaget viktiga framsteg inom byggstenar, som inkluderar ljusgenerering, förstärkning, detektering, modulering, komplementära metalloxidhalvledare (CMOS) gränssnittskretsar och paketintegration-allt viktigt för att uppnå integrerad fotonik. En prototyp som visades vid evenemanget innehöll tät koppling av fotonik och CMOS-teknik, som fungerade som ett proof-of-concept för framtida fullständig integration av optisk fotonik med kärnberäkningskisel. Intel visade också mikro-ringmodulatorer som är 1000 gånger mindre än traditionella komponenter. Den stora storleken och kostnaden för konventionella kiselmodulatorer har varit ett hinder för att föra optisk teknik till serverpaket, vilket kräver integration av hundratals av dessa enheter. Dessa kombinerade resultat banar väg för den utökade användningen av kiselfotonik bortom de övre skikten i nätverket till inuti servern och på framtida serverpaket.

VentureBeat

Venturebeats uppdrag är att vara ett digitalt torg för tekniska beslutsfattare för att få kunskap om transformativ teknik och transaktioner.Vår webbplats ger viktig information om datateknik och strategier för att vägleda dig när du leder dina organisationer. Vi inbjuder dig att bli medlem i vårt samhälle för att få tillgång till:

  • uppdaterad information om ämnen av intresse för dig
  • våra nyhetsbrev
  • gated thought-leader-innehåll och rabatterad tillgång till våra prisade evenemang, till exempel Transform 2021: Läs mer
  • nätverksfunktioner och mer

bli medlem

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.