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A Intel está fornecendo seus chips quânticos mais recentes para instalações de pesquisa, incluindo algumas universidades dos EUA, a fim de impulsionar o desenvolvimento de tecnologia para computadores quânticos, incluindo técnicas para lidar com múltiplos qubits.
A fabricante de chips de Santa Clara está entregando o chip de teste Tunnel Falls de 12 qubits para laboratórios de pesquisa para experimentação. Entre os primeiros a obter acesso estarão a Universidade de Maryland, a Universidade de Rochester e a Universidade de Wisconsin em Madison e na frente de laboratório nacional, Sandia.
“O que queremos fazer aqui é construir um ecossistema de pesquisa”, disse o diretor de hardware quântico da Intel, James Clarke.
“Se dermos uma olhada em todos os grandes avanços que vimos na comunidade de semicondutores, tanto do ponto de vista do desempenho dos transistores, mas também de um ecossistema de talvez as ferramentas para construir os transistores, todos eles passaram por esse espaço, onde precisamos de um ecossistema de pessoas estudando esses dispositivos para acelerar o quantum e atingir esse marco na próxima década.”
O marco a que Clarke se refere é um sistema quântico comercialmente relevante, que ele não acredita que acontecerá “até bem depois de 2030”, mas a Intel está preparando o terreno agora para as tecnologias tentarem fazer isso acontecer.
Tunnel Falls é um chip de teste de 12 qubits baseado na tecnologia de pontos quânticos de silício da Intel. Ele é fabricado na fábrica de P&D D-1 da Intel em Oregon como parte de um wafer padrão de 300 mm usando processos semelhantes aos chips normais da empresa.
Isso faz parte da abordagem da Intel para desenvolver a tecnologia quântica, que é “pegar carona” nas décadas de trabalho árduo da indústria de semicondutores para miniaturizar e aperfeiçoar transistores CMOS, explicou Clarke.
“Focamos nossa tecnologia quântica na tecnologia básica de nossos processos CMOS, estamos construindo nosso chip quântico usando todas as ferramentas que temos para fabricar nossos transistores”, disse ele.
Embora pareça esotérico, a tecnologia de pontos quânticos de silício é, na verdade, baseada apenas em transistores de um único elétron. Um único elétron fica preso sob o portão do transistor, e esse elétron tem uma propriedade quântica chamada spin que é para cima ou para baixo, que é usada para representar o zero ou um de um qubit.
Existem também dispositivos sensores no chip perto dos portões individuais, que indicam se o elétron está no estado de spin up ou spin down.
Como um chip de teste, o Tunnel Falls implementa uma variedade de estruturas diferentes, representando diferentes distorções no design do qubit. Tudo isso tem que funcionar em uma geladeira refrigerada a 1,6 Kelvin (-271 Celsius ou -456 Fahrenheit).
Clarke afirma que a Intel obteve uma taxa de rendimento de 95% no wafer, além de “uma uniformidade de voltagem em como esses dispositivos ligam a uma temperatura muito baixa que é bastante semelhante a um processo lógico CMOS”. E enquanto o desempenho quântico ainda está sendo caracterizado, “o rendimento e a uniformidade são consistentes com os de um avançado [CMOS] processo”, afirmou.
O próximo passo agora é colaborar com os laboratórios de pesquisa para construir um ecossistema que possa trabalhar para a realização de sistemas quânticos viáveis.
“Tunnel Falls é baseado na tecnologia CMOS. que nos diferencia dos outros”, disse Clarke.
“Este chip permitirá novos experimentos e a criação de novas técnicas para trabalhar com múltiplos qubits. E enquanto estamos testando este chip, assim como com qualquer outro processo da Intel, estamos gravando nosso próximo projeto e estamos projetando o próximo chip além disso.
“Continuaremos a melhorar o desempenho do Tunnel Falls. Acontece quase semanalmente. E então eu diria como um teaser, esperamos que o chip de próxima geração seja lançado em 2024.”
A longo prazo, a Intel espera poder entregar um sistema quântico completo, não apenas os chips quânticos.
“A Intel entregará a pilha completa”, disse Clarke. “Um computador quântico de grande escala terá um chip quântico mais uma série de chips de controle, e eles serão baseados em tecnologias Intel, provavelmente terão um sistema HPC ou supercomputador conectado ao computador quântico para processar o quantidade exponencial de dados.
“E assim a Intel está situada aqui de forma única com nossa capacidade, tanto de arquitetura quanto de fabricação, para construir todos os componentes. Mas nós vendemos sistemas? Ou oferecemos quantum-as-a-service na nuvem? Acho que isso é demais cedo para dizer. Vamos pegar o sistema quântico primeiro.”
Ele alertou que isso ainda está muito longe, contrastando a abordagem passo a passo da Intel com algumas empresas quânticas rivais que tentaram ir mais ou menos diretamente para tentar um sistema quântico funcional.
“Muitas vezes me perguntaram quanto tempo levaria para ter um computador quântico, eu disse 10 a 15 anos”, disse Clarke. “Outras empresas quânticas estavam dizendo que teriam um computador quântico comercialmente relevante em cinco anos.
“Hoje você pode encontrar sistemas de até algumas centenas de qubits. O objetivo desses sistemas é começar a explorar aplicações artificiais onde a potência pode potencialmente exceder a de um supercomputador.
“Em alguns anos, talvez de quatro a seis anos, estaremos na faixa de ter milhares de qubits e sermos capazes de realizar a correção de erros, pegando milhares de qubits físicos e executando um algoritmo para nos permitir ter uma solução lógica ou qubit de vida longa com o qual podemos fazer manipulação substancial sem perder informações.”
Mas provavelmente exigirá correção de erros e milhões de qubits para fazer algo comercialmente relevante, ele insistiu, e é improvável que isso aconteça até bem depois de 2030. ®
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