Intel taglia i cavi nei computer quantistici, il controller criogenico Horse Ridge funziona

Quando si parla di computer quantistici, la mente va ai processori e alle temperature "glaciali" necessarie per farli funzionare in modo stabile. È però solo una parte, seppur importante, dell'intero sistema. Intel sta lavorando anche su un altro fronte, ovvero tutta l'elettrica di controllo necessaria per permettere al processore situato all'interno di un frigorifero a diluizione di interfacciarsi con l'esterno.

In genere i sistemi quantistici usano elettronica a temperatura ambiente, esterna al frigorifero, con tanti cavi coassiali indirizzati al processore. Secondo l'azienda statunitense, questo approccio è inefficiente, in quanto non scala con un grande numero di qubit a causa delle dimensioni, del costo, del consumo e del carico termico.

È per questo motivo che Intel ha messo a punto Horse Ridge, un chip di controllo criogenico (giunto alla seconda versione) pensato per funzionare all'interno del frigorifero a diluizione, non all'esterno, ma accanto al processore. In questo modo Intel vuole semplificare il progetto dei sistemi quantistici, diminuendo la necessità di ricorrere a diversi rack e a migliaia di cavi che entrano ed escono dal frigorifero.

Horse Ridge è quindi un componente cruciale secondo Intel per l'evoluzione dei computer quantistici, ed è per questo che insieme alla QuTech, realtà frutto della collaborazione tra la Delft University of Technology e la Netherlands Organisation for Applied Scientific Research, ha pubblicato uno studio su Nature in cui sono illustrate alcune scoperte fondamentali per risolvere il problema del "collo di bottiglia dell'interconnessione".

Intel e QuTech spiegano di aver avuto successo nel dimostrare l'efficacia di Horse Ridge. Più precisamente, grazie ai risultati di quelli che vengono definitivi benchmark randomizzati, i ricercatori sono riusciti a dimostrare il multiplexing di frequenza utilizzando lo stesso cavo per controllare due qubit. Un "criocontrollore commerciale basato su un CMOS ottiene un controllo coerente di un processore a due qubit agli stessi livelli di fedeltà (99,7%) dell'elettronica a temperatura ambiente", si legge nella nota stampa diffusa da Intel.

Questo traguardo è importante perché dimostra un concetto: finora ogni qubit era controllato individualmente dal proprio cavo, e questo come si può capire non è un approccio scalabile all'aumentare del numero dei qubit. Horse Ridge mira a risolvere questa limitazione sfruttando il multiplexing per ridurre il numero di cavi a radiofrequenza necessari per il controllo dei qubit.

Intel e QuTech hanno dimostrato la programmabilità del controller grazie a un algoritmo a due qubit chiamato algoritmo Deutsch - Jozsa, che è più efficiente su un computer quantistico che su un sistema tradizionale. I risultati ottenuti dimostrano il funzionamento di Horse Ridge e che "la tecnologia può essere applicata direttamente ad algoritmi multi-qubit e a dispositivi quantistici su scala intermedia rumorosi".

"I nostri risultati di ricerca, in collaborazione con QuTech, dimostrano quantitativamente che il nostro controller criogenico, Horse Ridge, può ottenere gli stessi risultati di alta fedeltà dell'elettronica a temperatura ambiente controllando più qubit di silicio", ha dichiarato Stefano Pellerano, principal engineer di Intel Labs. "Abbiamo inoltre dimostrato con successo il multiplexing di frequenza su due qubit utilizzando un unico cavo, aprendo la strada a una semplificazione del cablaggio nel calcolo quantistico".

Queste innovazioni gettano le basi per un'integrazione del chip di controllo e dei qubit sullo stesso die - essendo tutti realizzati in silicio - o sul medesimo package, favorendo la scalabilità quantistica.