Intel controlla gli "hot qubit", il mondo dei computer quantistici si fa "bollente"

Intel e QuTech hanno pubblicato su Nature uno studio in cui dimostrano di essere riuscite a controllare i cosiddetti "hot qubit", ossia i qubit caldi, garantendone l'operatività a temperature superiori a 1 grado Kelvin (-272,15 gradi Celsius). Per l'esattezza si parla di 1,1 gradi Kelvin. Anche se si tratta di temperature comunque estreme, abbiamo di fronte un valore quindici volte "più caldo" rispetto a quanto permesso dalle tecnologie concorrenti. La ricerca illustra inoltre che è possibile operare un controllo coerente di due qubit con una fedeltà per singolo qubit fino al 99,3%.

Questi risultati spalancano le porte alla possibilità di posizionare l'elettronica di controllo proprio accanto ai qubit, sullo stesso chip. In tal senso, Intel ha già creato la soluzione di controllo criogenico Horse Ridge. Si tratta di uno sviluppo interessante, perché anziché richiedere frigoriferi a diluzione che usano isotopi elio-3 ed elio-4, un sistema quantistico potrà essere raffreddato usando solo l'elio-4, riducendo i costi di sviluppo da centinaia ad alcuni milioni di dollari.

Wafer isotopicamente puro di chip spin qubit in silicio

I computer quantistici attuali (Quantum computing: cos'è, a cosa serve e come funziona) non possono essere raffreddati da un radiatore e una ventola come i nostri PC, ma i qubit (l'analogo quantistico del bit, per dirla breve) devono essere mantenuti all'interno di grandi frigoriferi a diluizione a temperature appena sopra lo zero assoluto. Finora l'elettronica necessaria a manipolare e leggere i qubit produceva troppo calore, e doveva quindi restare fuori del frigorifero, aggiungendo complessità al sistema. Lo studio cambia le carte in tavola.

A rendere il tutto ancora più notevole, il fatto che i calcoli avvengano usando spin qubit in silicio. Questi qubit sono particolarmente interessanti per i produttori di semiconduttori come Intel perché i dispositivi che li sfruttano possono essere realizzati usando tecniche già usate nella produzione dei tradizionali chip in silicio. Secondo HongWen Jiang, fisico della UCLA che ha revisionato lo studio, ci troviamo davanti a "una svolta tecnologica per l'informatica quantistica basata su semiconduttori".

Chip quantistico a 49 qubit "Tangle Lake"

Intel e QuTech sono così riuscite a dimostrare per la prima volta il funzionamento di qubit "caldi, densi e coerenti" in un circuito operante a 1,1 °K, laddove il controllo di due qubit era stato raggiunto sinora a una temperatura di soli 40 millikelvin. Il team ha inoltre illustrato che le prestazioni degli spin qubit sono condizionate minimamente entro temperature comprese tra 45 millikelvin e 1,25 kelvin.

Gli effetti pratici di questo studio

Applicare il calcolo quantistico per la risoluzione di problemi reali richiede la possibilità di scalare e controllare migliaia - se non milioni - di qubit allo stesso tempo con elevati livelli di fedeltà. Gli attuali sistemi quantistici però sono limitati dalle dimensioni complessive, dalla fedeltà dei qubit e in particolare dalla complessità di controllare l'elettronica richiesta per gestire il calcolo quantistico su larga scala.

Avere l'elettronica di controllo e spin qubit sullo stesso chip semplifica enormemente le interconnessioni tra i due. Aumentare le temperature alle quali i qubit possono operare è cruciale per avanzare verso l'obiettivo. In precedenza, un computer quantistico poteva operare solo nell'intervallo dei millikelvin – una frazione di un grado sopra lo zero assoluto. Con questa ricerca è stata dimostrata l'ipotesi che gli spin qubit di silicio possano operare a temperature leggermente più alte rispetto agli attuali sistemi quantistici, facendo un passo avanti verso la scalabilità.

L'approccio consente inoltre a Intel di fare leva sulla sua esperienza in termini di packaging avanzati e tecnologie di interconnessione. Jim Clarke, direttore per l'hardware quantistico degli Intel Labs, ha spiegato che questa ricerca rappresenta un progresso importante "nella ricerca degli spin qubit in silicio, che crediamo siano canditati promettenti per alimentare sistemi quantistici commerciali, data la loro somiglianza con i transistor che produciamo da oltre 50 anni". Clarke ritiene che siamo lontani circa 8-10 anni dal momento in cui i sistemi quantistici cambieranno la nostra vita in un modo che i computer tradizionali non potranno garantire.