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Intel: Intel und QuTech enthüllen Details des ersten kryogenen Quantencomputer-Steuerungschips "Horse Ridge"

  • Intel: Intel und QuTech enthüllen Details des ersten kryogenen Quantencomputer-Steuerungschips "Horse Ridge"
    Stefano Pellerano, leitender Ingenieur bei Intel Labs, mit Horse Ridge. Der neue kryogene Steuerungschip wird die Entwicklung von Full-Stack-Quantencomputersystemen beschleunigen und einen Meilenstein in der Entwicklung eines kommerziell nutzbaren Quantencomputers markieren.

Intel Labs skizziert in Zusammenarbeit mit QuTech - einer Partnerschaft zwischen der TU Delft und TNO (Niederländische Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung) - die wichtigsten technischen Merkmale seines neuen kryogenen Quantenkontrollchips "Horse Ridge" in einem Forschungspapier. Das Papier enthüllt die wichtigsten technischen Fähigkeiten von Horse Ridge, die sich mit den grundlegenden Herausforderungen beim Aufbau eines Quantensystems befassen, das leistungsfähig genug ist, um die Quantenpraktikabilität zu demonstrieren: Skalierbarkeit, Flexibilität und Wiedergabetreue.

 

 

"Heute arbeiten die Quantenforscher mit nur einer kleinen Anzahl von Qubits, wobei sie kleinere, speziell entworfene Systeme verwenden, die von komplexen Kontroll- und Verbindungsmechanismen umgeben sind. Mit Horse Ridge von Intel wird diese Komplexität stark minimiert. Indem wir systematisch daran arbeiten, auf Tausende von Qubits zu skalieren, die für die Quantenpraktikabilität erforderlich sind, machen wir weiterhin stetige Fortschritte, um kommerziell lebensfähige Quantencomputer in unserer Zukunft Wirklichkeit werden zu lassen", erklärt Jim Clarke, Direktor des Bereiches Quanten-Hardware bei Intel Labs.

Warum es wichtig ist: Die Quantenforschungsgemeinschaft befindet sich in einem Marathon auf dem Weg zur Demonstration der Quantenpraktikabilität. Die Anwendung des Quantencomputers auf praktische Probleme hängt von der Fähigkeit ab, Tausende von Qubits gleichzeitig mit hoher Genauigkeit zu skalieren und zu kontrollieren. Horse Ridge vereinfacht die heutige komplexe Steuerelektronik, die für den Betrieb eines solchen Quantensystems erforderlich ist, erheblich, indem es ein hochintegriertes System-on-Chip (SoC) für eine schnellere Einrichtungszeit, eine verbesserte Qubit-Leistung und eine effiziente Skalierung auf größere Qubit-Zahlen verwendet, die für Quantencomputer zur Lösung praktischer, realer Anwendungen erforderlich sind.

Die wichtigsten technischen Details sind in der Forschungsarbeit enthalten:

Skalierbarkeit: Das integrierte SoC-Design, das mit Intels 22-nm-FFL (FinFET Low Power)-CMOS-Technologie implementiert wurde, integriert vier Hochfrequenzkanäle (RF) in einem einzigen Gerät. Jeder Kanal kann bis zu 32 Qubits durch "Frequenzmultiplexing" steuern - eine Technik, die die gesamte verfügbare Bandbreite in eine Reihe von nicht überlappenden Frequenzbändern unterteilt, von denen jedes für die Übertragung eines separaten Signals verwendet wird.

Durch die Nutzung dieser vier Kanäle kann Horse Ridge potenziell bis zu 128 Qubits mit einem einzigen Gerät steuern, wodurch die Anzahl der bisher erforderlichen Kabel und Rack-Instrumente erheblich reduziert wird.

Wiedergabetreue: Erhöhungen der Qubit-Zahl lösen andere Probleme aus, die die Kapazität und den Betrieb des Quantensystems in Frage stellen. Eine solche potenzielle Auswirkung ist ein Rückgang der Qubit-Treue und -Leistung. Bei der Entwicklung von Horse Ridge hat Intel die Multiplexing-Technologie optimiert, die es dem System ermöglicht, zu skalieren und Fehler durch "Phasenverschiebung" zu reduzieren - ein Phänomen, das bei der Steuerung vieler Qubits bei unterschiedlichen Frequenzen auftreten kann, was zu Übersprechen zwischen den Qubits führt.

Die verschiedenen Frequenzen, die mit Horse Ridge genutzt werden, können mit hoher Präzision "abgestimmt" werden, so dass sich das Quantensystem an die Phasenverschiebung anpassen und diese automatisch korrigieren kann, wenn mehrere Qubits über dieselbe HF-Leitung gesteuert werden, wodurch die Treue der Qubit-Gates verbessert wird.

Flexibilität: Horse Ridge kann einen großen Frequenzbereich abdecken, wodurch sowohl die Steuerung von supraleitenden Qubits (bekannt als Transmons) als auch von Spin-Qubits möglich ist. Transmons arbeiten typischerweise im Bereich von 6 bis 7 GHz, während Spin-Qubits im Bereich von 13 bis 20 GHz arbeiten.

Intel erforscht Silizium-Spin-Qubits, die das Potenzial haben, bei Temperaturen von bis zu 1 Kelvin zu arbeiten. Diese Forschung ebnet den Weg für die Integration von Silizium-Spin-Qubit-Bauteilen und den kryogenen Steuerungen von Horse Ridge, um eine Lösung zu schaffen, die die Qubits und die Steuerungen in einem stromlinienförmigen Paket liefert.

Weiterführende Links

www.intel.de

Foto: Walden Kirsch/Intel Corporation