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Intel ha annunciato la realizzazione di un processore di test a superconduttori a 17-qubit per il calcolo quantistico che è stato consegnato alla società QuTech, partener di Intel nella ricerca quantistica. Il nuovo chip di Intel presenta un innovativo design che consente di ottenere un miglioramento del rendimento e delle prestazioni.
La realizzazione di questo chip dimostra il rapido progresso che Intel e QuTech stanno facendo nella ricerca e nello sviluppo di un sistema di calcolo quantistico; sottolinea inoltre l’importanza della scienza dei materiali e dei semiconduttori al fine di ottenere questo risultato.
Alla base di un processore quantistico ci sono i qubit, paragonabili ai bit di un computer tradizionale; tuttavia a differenza di questi ultimi che possono assumere solo uno stato per volta (o 0 o 1), il qubit è una particella quantistica che può esistere in due stati contemporaneamente, assumendo solo come valore limite lo zero (stato fondamentale) oppure l’uno (stato eccitato). Esso quindi non assumerà soltanto i valori limite 0 e 1 ma potrà essere contemporaneamente nei due stati con una certa probabilità, quindi, in teoria, contemporaneamente 1 e 0. Non solo, il qubit presenta altre interessanti proprietà che discendono dai postulati della meccanica quantistica. Riuscire a gestire questi sistemi consente – semplificando – di aprire infinite vie di calcolo parallelo affrontando problemi che i computer tradizionali non possono gestire. Ad esempio, i computer quantistici possono simulare processi naturali rendendo molto più veloce la ricerca in ambito chimico, della scienza dei materiali e della modellazione molecolare, per creare, ad esempio, nuovi farmaci o nuovi materiali superconduttori.
Al di là dei problemi relativi alla gestione dei qubit, la sfida più importante nella realizzazione di sistemi di quantum computing riguarda la fisica dei qubit. Realizzare qubit stabili, insensibili al rumore ambiente evitando la perdita di dati non è così semplice. I qubit del nuovo chip di Intel operano ad una temperatura di 20 millikelvin – 250 volte più freddo dello spazio profondo. Questo ambiente estremo rende il contenitore dei qubits molto importante per le prestazioni e le funzionalità. L’Intel Components Research Group (CR) in Oregon e l’ Assembly Test and Technology Development (ATTD) in Arizona hanno elaborato nuovi design dei chip e della tecnologia di packaging per affrontare queste sfide.
In un package che ha le dimensioni di un quarto di dollaro, il nuovo chip di test a 17-qubit include le seguenti funzionalità:
- Nuova architettura che consente una maggiore affidabilità, migliori prestazioni termiche e che riduce le interferenze a radiofrequenza (RF) tra qubit.
- Schema di interconnessione scalabile che consente da 10 a 100 volte più linee di ingresso e uscita dal chip rispetto ai tradizionali sistemi wirebonded.
- Processi, materiali e circuiti innovativi che permettono di scalare il packaging di Intel per circuiti integrati quantistici, che sono attualmente molto più grandi dei tradizionali circuiti integrati di silicio.
“La nostra ricerca in ambito quantistico sta progredendo rapidamente, con il nostro partner QuTech che sta testando algoritmi quantistici e con Intel che realizza continuamente nuovi prodotti hardware nei nostri stabilimenti produttivi all’avanguardia“, ha affermato il dottor Michael Mayberry, corporate vice president and managing director di Intel Labs “L’esperienza di Intel nella fabbricazione, nell’elettronica di controllo e nell’architettura che ci distingue ci sarà molto utile mentre ci avventuriamo in nuovi paradigmi di calcolo, dal neuromorfico a quello quantistico“.
La collaborazione di Intel con QuTech per accelerare lo studio del calcolo quantistico è iniziata nel 2015. Da allora, la collaborazione ha raggiunto molte tappe, dalla dimostrazione di blocchi chiave di circuiti per un sistema integrato di controllo criogenico-CMOS, allo sviluppo di un spin qubit all’interno della tecnologia di Intel da 300 mm, allo sviluppo di questa soluzione di packaging per un sistema con qubit a superconduttore.
“Col nuovo chip di test, ci concentreremo sul collegamento, il controllo e la misurazione di qubit multipli guardando oltre un qubit singolo” ha affermato il professore Leo Di Carlo di QuTech. “Questo lavoro ci permetterà di realizzare nuove conoscenze nel calcolo quantistico, alla base della prossima fase di sviluppo“.
Il lavoro di Intel e QuTech nel calcolo quantistico va oltre lo sviluppo ed il test i qubit basati su superconduttore. La collaborazione riguarda l’intero sistema quantistico, dall’architettura hardware allo stack software, necessari per controllare questi dispositivi e le applicazioni quantistiche. Tutti questi elementi sono essenziali per promuovere il calcolo quantistico è renderlo piùa ccessibile.
Inoltre, a differenza di altri, Intel sta lavorando su più tipi di qubit. Oltre a quelli a superconduttore su cui si basa questo chip, l’attenzione è rivolta anche agli spin qubit in silicio. Questi spin qubit assomigliano a un transistor con un singolo elettrone, simile per molti versi ad un tradizionale transistor e potenzialmente fabbricabile con i processi attualmente in uso per i circuiti integrati.
I computer quantistici promettono una maggiore efficienza e prestazioni in grado di gestire alcuni problemi particolari ma non sostituiranno i sistemi di elaborazione convenzionali o altre tecnologie emergenti come il calcolo neuromorfico.
