Horse Ridge, il nuovo processore a controllo criogenico per il calcolo quantistico di Intel, svela alcuni dei suoi segreti. Annunciato a fine 2019 e messo a punto insieme al centro di ricerca olandese QuTech, il chip è così chiamato perché può operare a temperature criogeniche (circa 4 gradi Kelvin, cioè -269 gradi centigradi), vicine allo zero assoluto. Ora una ricerca diffusa in occasione della International Solid-State Circuits Conference 2020 di San Francisco illustra le principali funzionalità tecniche di questa piattaforma.
Horse Ridge nasce per favorire e semplificare la realizzazione di futuri sistemi di quantum computing, senza la necessità di impiegare centinaia o migliaia di cavi per collegare il computer a un refrigeratore. Come noto agli addetti ai lavori, una delle criticità del calcolo quantistico è la possibilità di controllare e coordinare un elevato numero di qubit (le unità di informazione minima, alternative ai bit del computing classico). E ne servono molti, migliaia, per poter applicare il calcolo quantistico a problemi complessi del mondo reale, per esempio in ambito scientifico, medico, astronomico, matematico.
“Oggi i ricercatori della quantistica lavorano con un numero limitato di qubit, utilizzando sistemi più piccoli e appositamente progettati, corredati di complessi meccanismi di controllo e interconnessione”, ha spiegato Jim Clarke, direttore del gruppo Quantum Hardware degli Intel Labs. I principali ostacoli per l’ulteriore sviluppo di questo campo dell’informatica sono la complessità della configurazione, la limitata scalabilità, la perdita di performance e di precisione. Quest’ultima può ridursi a causa di un fenomeno detto “sfasamento", che può verificarsi quando si controllano molti qubit a frequenze diverse.
Con Horse Ridge, però, è possibile superare questi ostacoli. Grazie a questo Soc integrato, costruito con la tecnologia CMOS FFL (FinFET Low Power) a 22 nm di Intel, si semplifica notevolmente l’elettronica di controllo richiesta per far funzionare un sistema quantistico che impieghi anche migliaia di qubit. Nella fase di sviluppo di questo processore Intel ha ottimizzato la tecnologia multiplexing, che consente al sistema di scalare e ridurre gli errori da sfasamento.
Il Soc integra in un singolo dispositivo quattro canali a radiofrequenza (RF), ciascuno dei quali può controllare fino a 32 qubit sfruttando il multiplexing di frequenza, una tecnica che suddivide la larghezza di banda totale disponibile in una serie di bande di frequenza non sovrapposte. Ognuna di queste bande viene usata per trasportare un segnale distinto. Sfruttando questi quattro canali, Horse Ridge è potenzialmente in grado di controllare fino a 128 qubit con un singolo dispositivo, riducendo sostanzialmente il numero di cavi e strumentazioni per rack necessari.
Le varie frequenze usate dal Soc possono essere "sintonizzate" con alti livelli di precisione, consentendo al sistema quantistico di adattarsi e correggere automaticamente lo sfasamento quando controlla molteplici qubit con la medesima linea di radiofrequenza. Intel sta attualmente conducendo degli studi esplorativi sull’uso dei qubit di spin in silicio, che hanno il potenziale di operare a temperature fino a un grado Kelvin e che potrebbero funzionare sull’architettura di Horse Ridge.