Intel обяви излизането на пазара на 12-кубитовия силициев чип Tunnel Falls и предоставянето му на изследователите на квантови технологии. Използвайки Tunnel Falls, учените могат веднага да започнат да провеждат експерименти и изчисления, вместо да се опитват да създават свои собствени устройства. В резултат на това става възможен по-широк спектър от изследвания, включително изучаване основите на кубитите и квантовите точки и разработване на нови методи за работа с устройства с множество кубити.

„Tunnel Falls“ е най-съвършеният до момента силициев чип със силициевите спинови кубити на Intel, който се базира на дългогодишния опит на компанията в проектирането и производството на транзистори. Той е следващата стъпка в дългосрочната стратегия на Intel за изграждане на пълноценна търговска система за квантови изчисления. Макар че по пътя към устойчив на грешки квантов компютър трябва да се решат фундаментални въпроси и предизвикателства, академичната общност вече може да изследва тази технология и да ускори развитието на научните изследвания“, каза Джим Кларк, директор на Quantum Hardware, Intel.

Tunnel Falls се произвежда на 300 мм пластини във фабриката D1 на Intel. Устройството с 12 кубита се възползва от най-модерните възможности на Intel за промишлено производство на транзистори, като например екстремна ултравиолетова (EUV) литография. В силициевите спинови кубити всеки бит информация (0/1) се кодира чрез спина (посоката на въртене) на един електрон. Всеки кубит по същество е електронен транзистор, което позволява да бъде изработен с технология, подобна на стандартната система за комплементарни метални оксиди и полупроводници (CMOS).

Използвайки тази развита технология, производственият процес на Tunnel Falls осигурява 95% добив на качествени чипове от цялата пластина, като от всяка пластина се получават над 24 000 работещи квантови чипа. Тези чипове могат да образуват конфигурации от 4 до 12 кубита, които могат да бъдат изолирани или едновременно използвани в различни операции, в зависимост от нуждите на изследователите.

Intel счита, че силициевите спинови кубити превъзхождат другите технологии за кубити поради синергията им с усъвършенстваните транзистори. Тъй като са с размерите на транзистор (≈ 50 × 50 nm), те са милион пъти по-малки от другите видове кубити, които според Nature Electronics „могат да бъдат платформата с най-голям потенциал за мащабиране на квантовите изчисления„.

Струва си да се отбележат усилията на Intel за по-нататъшното проучване на този специфичен хардуер – изглежда, че компанията не е готова да се спре само на едно решение. В края на краищата, подобно на повечето кубити, спиновите кубити, базирани на полупроводници, могат да бъдат реализирани по различни начини. Основната технология дава възможност за откриване на отделни електрони в изолирани ями и манипулиране на техните спинове, за да се кодира информация в квантово състояние.

Съществуват три подхода за изграждане на силициеви спинови кубити, включително конфигурацията на Loss-DiVencenzo, конфигурацията Single-Triplet (S-T0) и конфигурацията Exchange-Only. „Всяко решение има своите силни и слаби страни по отношение на производството, физиката и мащабируемостта“, обяснява Кларк. Той каза още, че Intel проучва голям брой параметри, като например различни размери на квантовите точки, различни геометрии и различни дължини на кубитите. Intel също така вгражда в своя чип инструменти за тестване, за да може да определя ефективността.

Intel обяви за сътрудничество с Лабораторията за физически науки (LPS) на Университета на Мериленд, Qubit Collaboratory (LQC) в Колидж Парк, Националния изследователски център за квантови информационни науки (QIS), Националните лаборатории Sandia, Университета на Рочестър и Университета на Уисконсин-Медисън за развитие на изследванията в областта на квантовите изчисления. Компанията планира още тази година да предостави своя Intel Quantum Software Development Kit (SDK) версия 1.0 на разработчиците и изследователите, което ще стане чрез Intel Developer Cloud.

„Нашата цел е да свържем Quantum SDK с реален хардуер. Това е един вид разпределен подход. В момента се фокусираме както върху софтуера, така и върху хардуера, а в бъдеще ще ги комбинираме. Предстои огромна работа за характеризиране на тези устройства и след това написване на много научни статии“, добавя Кларк.

Intel заяви, че партньорството с LQC ще спомогне за демократизирането на силициевите спинови кубити, като позволи на изследователите да придобият практически опит с техните мащабируеми масиви. Според Кларк Intel ще предостави квантовите устройства, а изследователската организация ще отговаря за закупуването и създаването на необходимата инфраструктура, като например системите за криоконтрол. Intel все още не предоставя чиповете Horse Ridge II за криоконтрол, но може да го направи в бъдеще.

Научните институции, участващи в програмата, са единодушни, че участието на Intel е крайъгълен камък в демократизацията на изследванията на спиновите кубити и техните перспективи за обработка на квантова информация и води до обединяване на усилията на индустрията, академичните среди, националните лаборатории и правителството.

Според учените устройството осигурява гъвкава платформа за директно сравняване на различни кубитни кодировки и разработване на нови режими на работа, което позволява въвеждането на нови квантови операции и алгоритми в мултикубитен режим и ускорява процеса на обучение в силициевите квантови системи.

Изследователите високо оценяват надеждността на Tunnel Falls, а възможността за работа с индустриални устройства на Intel според тях дава перспективи за технологичен напредък и обучение.

Intel систематично работи за подобряване производителността на Tunnel Falls и за интегрирането му в пълния си квантов стек с помощта на Intel Quantum SDK. Освен това Intel вече разработва своя квантов чип от следващо поколение, базиран на Tunnel Falls, който се очаква да бъде пуснат през 2024 г.