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Intel: Intel stellt Horse Ridge Cryogenic Quantum Control Chip der 2. Generation vor

  • Intel: Intel stellt Horse Ridge Cryogenic Quantum Control Chip der 2. Generation vor
    Horse Ridge II, Intels kryogener Steuerungschip der zweiten Generation, bringt wichtige Steuerungsfunktionen für den Betrieb von Quantencomputern in den kryogenen Kühlschrank - so nah wie möglich an die Qubits selbst - um die Komplexität der Steuerungsverdrahtung für Quantensysteme zu rationalisieren.

Bei einer virtuellen Veranstaltung in den Intel Labs stellte Intel heute Horse Ridge II vor, seinen Tieftemperatur-Steuerungschip der zweiten Generation, und markierte damit einen weiteren Meilenstein auf dem Weg des Unternehmens zur Überwindung der Skalierbarkeit, einer der größten Hürden des Quantencomputings. Aufbauend auf den Innovationen der ersten Generation des Horse Ridge-Controllers, der 2019 eingeführt wurde, unterstützt Horse Ridge II verbesserte Fähigkeiten und höhere Integrationsebenen für eine elegante Steuerung des Quantensystems. Zu den neuen Funktionen gehören die Fähigkeit, Qubit-Zustände zu manipulieren und zu lesen und das Potenzial mehrerer Gatter zu steuern, die erforderlich sind, um mehrere Qubits zu verschränken.

 

 

"Mit Horse Ridge II ist Intel weiterhin führend in der Innovation auf dem Gebiet der Quantenkryosteuerung und stützt sich dabei auf unsere umfassende interdisziplinäre Fachkompetenz in den Bereichen Design, Labor und Technologieentwicklung von integrierten Schaltungen. Wir glauben, dass eine Erhöhung der Anzahl der Qubits, ohne die daraus resultierende Komplexität der Verkabelung zu berücksichtigen, dem Besitz eines Sportwagens gleichkommt, der jedoch ständig im Verkehr stecken bleibt. Mit Horse Ridge II wird die Steuerung von Quantenschaltungen weiter rationalisiert, und wir erwarten, dass dieser Fortschritt zu einer höheren Klangtreue und einer geringeren Leistungsabgabe führen wird, was uns der Entwicklung einer 'verkehrsfreien' integrierten Quantenschaltung einen Schritt näher bringt", erklärt Jim Clarke, Intel-Direktor für Quanten-Hardware, Components Research Group, Intel.

Warum es wichtig ist: Heutige frühe Quantensysteme verwenden Raumtemperatur-Elektronik mit vielen Koaxialkabeln, die zum Qubit-Chip in einem Verdünnungs-Kühlschrank geführt werden. Dieser Ansatz lässt sich aufgrund des Formfaktors, der Kosten, des Stromverbrauchs und der thermischen Belastung des Kühlschranks nicht auf eine große Anzahl von Qubits skalieren. Mit dem ursprünglichen Horse Ridge unternahm Intel den ersten Schritt zur Bewältigung dieser Herausforderung, indem es den Bedarf an mehreren Racks mit Geräten und Tausenden von Drähten, die zum Betrieb der Quantenmaschine in den Kühlschrank hinein und aus ihm heraus geführt werden müssen, radikal vereinfachte. Intel ersetzte diese sperrigen Geräte durch ein hochintegriertes System-on-Chip (SoC), das das Systemdesign vereinfacht und ausgeklügelte Signalverarbeitungstechniken verwendet, um die Einrichtungszeit zu beschleunigen, die Qubit-Leistung zu verbessern und es dem Ingenieurteam zu ermöglichen, das Quantensystem effizient auf größere Qubit-Zahlen zu skalieren.

Über die neuen Funktionen: Horse Ridge II baut auf der Fähigkeit des SoC der ersten Generation auf, Hochfrequenzimpulse zu erzeugen, um den Zustand des Qubits zu manipulieren, bekannt als Qubit-Antrieb. Es führt zwei zusätzliche Steuerfunktionen ein, die den Weg für eine weitere Integration externer elektronischer Steuerungen in das SoC ebnen, das im Inneren des kryogenen Kühlschranks arbeitet.

Neue Funktionen ermöglichen:

  • Qubit-Auslesung: Diese Funktion bietet die Möglichkeit, den aktuellen Qubit-Zustand auszulesen. Das Auslesen ist von großer Bedeutung, da es eine On-Chip-Qubit-Zustandserkennung mit niedriger Latenz ermöglicht, ohne dass große Datenmengen gespeichert werden müssen, wodurch Speicher und Strom gespart werden.
  • Multigate-Pulsen: Die Fähigkeit zur gleichzeitigen Steuerung des Potenzials vieler Qubit-Gatter ist von grundlegender Bedeutung für effektive Qubit-Auslesungen und die Verschränkung und den Betrieb mehrerer Qubits, wodurch der Weg zu einem skalierbareren System geebnet wird.

Die Hinzufügung eines programmierbaren Mikrocontrollers, der innerhalb des integrierten Schaltkreises arbeitet, ermöglicht Horse Ridge II ein höheres Maß an Flexibilität und ausgefeilten Steuerungen bei der Ausführung der drei Steuerfunktionen. Der Mikrocontroller verwendet digitale Signalverarbeitungstechniken zur zusätzlichen Filterung von Impulsen, wodurch das Übersprechen zwischen den Qubits reduziert wird.

Horse Ridge II ist mit Intel® 22nm Low-Power-FinFET-Technologie (22FFL) implementiert und seine Funktionalität wurde bei 4 Kelvin verifiziert. Heute arbeitet ein Quantencomputer im Millikelvin-Bereich - nur einen Bruchteil eines Grades über dem absoluten Nullpunkt. Aber Silizium-Spin-Qubits - die Grundlage von Intels Quantenbemühungen - haben Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen könnten, bei Temperaturen von 1 Kelvin oder höher zu arbeiten, was die Herausforderungen bei der Kühlung des Quantensystems erheblich verringern würde.

Intels Forschung auf dem Gebiet der Tieftemperaturregelung konzentriert sich auf das Erreichen desselben Betriebstemperaturniveaus sowohl für die Regelung als auch für die Silizium-Spin-Qubits. Laufende Fortschritte in diesem Bereich, wie in Horse Ridge II demonstriert, stellen einen Fortschritt gegenüber den heutigen Brute-Force-Ansätzen zur Skalierung von Quantenverbindungen dar und sind ein entscheidendes Element der längerfristigen Vision des Unternehmens zur Quantenpraktikabilität.

Was kommt als Nächstes? Intel wird zusätzliche technische Details aus dieser Forschung während der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) im Februar 2021 präsentieren.

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www.intel.de

Foto: Intel Corporation