Intel apresenta Tunnel Falls, seu primeiro processador quântico com qubits de silício

A Intel anunciou o lançamento do chip de silício Tunnel Falls de 12 qubits e sua disponibilidade para pesquisadores quânticos. Usando Tunnel Falls, os cientistas podem começar a experimentar e calcular imediatamente, em vez de tentar fazer seus próprios dispositivos. Como resultado, uma ampla gama de pesquisas se torna possível, incluindo o estudo dos fundamentos de qubits e pontos quânticos e o desenvolvimento de novos métodos para trabalhar com dispositivos com múltiplos qubits.

Fonte da imagem: Intel

«O Tunnel Falls é o chip de spin qubit de silício mais avançado da Intel até hoje, com base nos anos de experiência da empresa em design e fabricação de transistores. Este é o próximo passo na estratégia de longo prazo da Intel para construir um sistema de computação quântica comercial completo. Embora questões e desafios fundamentais precisem ser abordados no caminho para a computação quântica tolerante a erros, a comunidade acadêmica agora pode explorar essa tecnologia e acelerar o progresso da pesquisa”, disse Jim Clarke, diretor de Quantum Hardware da Intel.

Tunnel Falls é fabricado em wafers de 300 mm na fábrica Intel D1. O dispositivo de 12 qubits utiliza os recursos de fabricação de transistores industriais mais avançados da Intel, como a litografia Ultravioleta Extrema (EUV). Nos qubits de spin de silício, cada bit de informação (0/1) é codificado pelo spin (direção de rotação) de um elétron. Cada dispositivo qubit é essencialmente um transistor eletrônico, permitindo que seja fabricado usando tecnologia semelhante a uma linha padrão baseada em óxidos metálicos complementares e semicondutores (CMOS).

Utilizando essa tecnologia comprovada, Tunnel Falls tem um rendimento de chip de 95% em todo o wafer, produzindo mais de 24.000 chips quânticos funcionais por wafer. Esses chips podem formar configurações de 4 a 12 qubits, que podem ser isolados ou usados ​​em operações simultaneamente, dependendo da necessidade dos pesquisadores.

A Intel acredita que os qubits de spin de silício são superiores a outras tecnologias de qubit devido à sua sinergia com transistores avançados. Sendo do tamanho de um transistor (≈ 50 × 50 nm), eles são um milhão de vezes menores que outros tipos de qubits, que, segundo a Nature Electronics, “podem ser a plataforma com maior potencial para escalar a computação quântica”.

“Os esforços da Intel para pesquisar mais hardware devem ser observados – parece que a empresa não está pronta para parar em uma solução. Afinal, como a maioria dos qubits, os spin qubits baseados em semicondutores podem ser implementados de várias maneiras. A tecnologia subjacente permite que você detectar elétrons individuais em poços isolados e manipular seus spins para codificar informações em um estado quântico.”

Existem três abordagens para fabricar qubits de spin de silício, incluindo as configurações Loss-DiVencenzo, Single-Triplet (S-T0) e Exchange-Only. “Cada solução tem seus próprios pontos fortes e fracos em termos de fabricação, física e escalabilidade”, explicou Clark. Segundo ele, a Intel está explorando muitos parâmetros, como diferentes tamanhos de pontos quânticos, diferentes geometrias, diferentes comprimentos de qubits. A Intel também cria benchmarks em seu chip para determinar o desempenho.

A Intel anunciou uma colaboração com o Physical Sciences Laboratory (LPS) da University of Maryland, Qubit Collaboratory (LQC) em College Park, o National Research Center for Quantum Information Sciences (QIS), Sandia National Laboratories, a University of Rochester e o Universidade de Wisconsin-Madison para avançar na pesquisa no campo da computação quântica. A empresa planeja disponibilizar sua versão 1.0 do Intel Quantum Software Development Kit (SDK) para desenvolvedores e pesquisadores ainda este ano por meio da Intel Developer Cloud.

«Nosso objetivo é conectar o Quantum SDK ao hardware real. Este é um tipo de abordagem desagregada. Por enquanto, estamos nos concentrando em software e hardware, e vamos fundir os dois daqui para frente. Há muito trabalho a ser feito para caracterizar esses dispositivos e, em seguida, escrever muitos artigos científicos”, acrescentou Clark.

O LPS Qubit Collaboratory (LQC) é um dos centros de pesquisa de ciência da informação quântica (QIS) do Departamento de Defesa estabelecido sob a Lei Nacional de Iniciativa Quantum de 2018. A Intel está em parceria com o LQC por meio do programa Qubits for Computing Foundry (QCF) por meio do Office of Pesquise o exército dos EUA.

A Intel diz que a colaboração com o LQC ajudará a democratizar os qubits de spin de silício, permitindo que os pesquisadores ganhem experiência prática com seus arrays escaláveis. A Intel fornecerá os dispositivos quânticos, disse Clarke, enquanto as organizações de pesquisa serão responsáveis ​​por adquirir e configurar a infraestrutura necessária, como sistemas de criocontrole. Até agora, a Intel não fornece chips Horse Ridge II para criocontrole, mas pode fazê-lo no futuro.

“Representantes de instituições científicas participantes do programa são unânimes em afirmar que a participação da Intel é um marco importante na democratização do estudo dos spin qubits e suas perspectivas para o processamento de informações quânticas e leva à convergência da indústria, academia, laboratórios nacionais e governo”.

Segundo os cientistas, o dispositivo é uma plataforma flexível que permite comparar diretamente diferentes codificações qubit e desenvolver novos modos de operação, o que permite implementar novas operações quânticas e algoritmos em um modo multi-qubit e acelerar a taxa de aprendizado em silício- sistemas quânticos baseados.

Os pesquisadores também elogiam a confiabilidade do Tunnel Falls, e a capacidade de trabalhar com dispositivos industriais Intel, em sua opinião, abre perspectivas de progresso técnico e aprendizado.

A Intel está trabalhando constantemente para melhorar o desempenho do Tunnel Falls e integrá-lo em sua pilha quântica completa com o Intel Quantum SDK. Além disso, a Intel já está desenvolvendo seu chip quântico de próxima geração baseado em Tunnel Falls, que deve ser lançado em 2024. No futuro, a Intel planeja fazer parceria com outras instituições de pesquisa em todo o mundo para criar um ecossistema quântico.