Intel en QuTech verhelpen quantum interconnect knelpunten

15-05-2021 | door: Witold Kepinski

Intel en QuTech verhelpen quantum interconnect knelpunten

Intel en QuTech – een samenwerking tussen TU Delft en TNO – publiceren belangrijke bevindingen op het gebied van quantumonderzoek. De onderzoeksresultaten gaan in op het interconnect-knelpunt dat bestaat tussen quantumchips die in cryogene verdunningskoelkasten zitten en de complexe elektronica op kamertemperatuur die de qubits aanstuurt. De bevindingen werden gepubliceerd in Nature, het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift voor peer-reviewed onderzoek, en markeren een belangrijke mijlpaal in het tackelen van een van de grootste uitdagingen op het gebied van quantumschaalbaarheid met behulp van Intels cryogene controllerchip Horse Ridge.

Stefano Pellerano, hoofdingenieur bij Intel Labs: “Onze onderzoeksresultaten, tot stand gekomen in samenwerking met QuTech, bewijzen kwantitatief dat onze cryogene controller, Horse Ridge, dezelfde betrouwbare resultaten kan bereiken als elektronica op kamertemperatuur, terwijl meerdere silicium-qubits worden aangestuurd. We hebben ook met succes frequentiemultiplexing gedemonstreerd op twee qubits met behulp van een enkele kabel, wat de weg vrijmaakt voor het oplossen van de bedradingsuitdaging in quantumcomputing. Gezamenlijk maken deze innovaties het mogelijk om in de toekomst quantumcontrolechips volledig te integreren met de quantumprocessor, waardoor een belangrijke uitdaging in quantumschaalbaarheid wordt opgelost.”

Waarom het belangrijk is

Een belangrijk knelpunt voor quantumcomputing wordt gevormd door de quantumchip die bij lage, cryogene temperaturen in een verdunningskoelkast wordt bewaard en de elektronica, die de qubits aanstuurt en werkt bij kamertemperatuur. Om de besturingselektronica bij cryogene temperaturen op zeer betrouwbare wijze te laten werken, is het van essentieel belang dat het zogenaamde interconnect- of bedradingsknelpunt wordt weggenomen. Intel nam de eerste stap om dit probleem aan te pakken met de introductie van Horse Ridge, een cryogene besturingschip voor qubits, gebouwd met behulp van Intels 22 nm FinFET Low Power-technologie. Vorig jaar werd een tweede generatie van de chip geïntroduceerd. Horse Ridge brengt belangrijke besturingsfuncties voor de werking van quantumcomputers in de cryogene koelkast zo dicht mogelijk naar de qubits zelf, om zo de complexiteit van de besturingsbedrading voor quantumsystemen te stroomlijnen.

Dit laatste onderzoek toont met succes resultaten aan van gerandomiseerde benchmarking die bewijzen dat een commerciële op CMOS gebaseerde cryocontroller coherente controle kan uitoefenen over een twee-qubit-processor met dezelfde betrouwbaarheid (99,99 procent) als elektronica bij kamertemperatuur. Dit is een belangrijke mijlpaal in het onderzoek op het gebied van cryo-elektronica voor quantumcomputing.

Meer over het onderzoek

Intel en QuTech hebben met succes frequentiemultiplexing gedemonstreerd door dezelfde kabel te gebruiken om twee qubits te besturen. Dit is een belangrijke proof-of-concept, omdat nu elke qubit individueel wordt bestuurd door zijn eigen kabel – een aanpak die niet schaalbaar is naarmate het aantal qubits toeneemt. Horse Ridge lost die beperking op door gebruik te maken van multiplexing om het aantal radiofrequentiekabels dat nodig is voor qubit-aansturing te verminderen.

Het onderzoeksteam demonstreerde de programmeerbaarheid van de controller door een twee-qubit-algoritme uit te voeren, het Deutsch-Jozsa-algoritme, dat efficiënter is op een quantumcomputer dan op een traditionele computer.

De onderzoeksresultaten, geverifieerd door gerandomiseerde benchmarking, valideren de oorspronkelijke belofte van Horse Ridge als een sterk geïntegreerde en schaalbare oplossing voor de vereenvoudiging van quantumbesturingselektronica. Daarnaast bewijzen de resultaten dat de technologie rechtstreeks is toe te passen is op multi-qubit-algoritmen en lawaaierige quantumapparaten op middelgrote schaal.

Wat is de volgende stap?

Met doorlopend onderzoek op dit gebied, is het wellicht mogelijk om de controllerchip en de qubits volledig te integreren op dezelfde chip – ze zijn allemaal vervaardigd in silicium – of verpakking, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor quantumschaalbaarheid.

Terug naar nieuws overzicht