La física cuántica se combina con la ingeniería de Intel
Intel anunció la entrega de su chip superconductor de prueba de 17 qubits para cómputo cuántico al Instituto QuTech, el aliado de Intel en la investigación cuántica de los Países Bajos. El nuevo chip fue fabricado por Intel y cuenta con un diseño único para lograr un rendimiento y desempeño mejorado.
La entrega de este chip demuestra el rápido progreso que Intel y QuTech están teniendo en el desarrollo e investigación para un sistema de trabajo de cómputo cuántico. También hace énfasis en la importancia que tienen la ciencia material y la manufactura de semiconductores para cumplir con la promesa del cómputo cuántico.
En esencia, el cómputo cuántico es una parte esencial de la computación paralela, con el potencial de solucionar problemas que el cómputo tradicional no puede afrontar. Por ejemplo, las computadoras cuánticas pueden simular a la naturaleza para contribuir a los avances en el campo de la química, la ciencia material y el modelado molecular; como crear un catalizador para transformar el dióxido de carbono, un superconductor de temperatura-ambiente, o descubrir nuevas medicinas.
Sin embargo, a pesar de muchos progresos experimentales y de especulación, hay retos inherentes para construir sistemas cuánticos viables y de gran escala que produzcan resultados precisos. Un ejemplo de este gran reto es crear qubits (que son los “ladrillos” de la computación cuántica) que sean uniformes y estables.
Los qubits son sumamente frágiles y cualquier ruido u observación no intencionada sobre ellos puede generar pérdida de información. Esta fragilidad obliga a que los qubits operen a una temperatura de 20 millikelvin, es decir, 250 veces más fría que el espacio exterior; este ambiente de operación tan extremo hace que el empaquetado de los qubits sea la clave para su correcto funcionamiento y desempeño. El Grupo de Investigación de Componentes de Intel (CR) en Oregón y el equipo de Prueba de Ensamblaje y Desarrollo Tecnológico (ATTD) en Arizona, están desafiando los límites del diseño de chips y su tecnología de empaquetado, abordando así los retos únicos de la computación cuántica.
Del tamaño de una moneda de 25 centavos (en un paquete del tamaño de una moneda de medio dólar), el nuevo chip de prueba de 17 qubits cuenta con las siguientes características mejoradas:
- Una nueva arquitectura que permite una mayor confiabilidad, rendimiento térmico y reduce interferencia en la radio frecuencia (RF) entre los qubits.
- Un esquema interconectado y escalable que permite entre 10 y 100 veces más señales que viajen hacia dentro y hacia fuera de los chips, en comparación con los chips con enlaces alámbricos.
- Procesos avanzados, materiales y diseños que permitan que el empaquetado de Intel incluya circuitos cuánticos integrados, los cuales son mucho más grandes que los chips de silicón convencionales.
El Dr. Michael Mayberry, Vicepresidente Corporativo y Director General de Intel Labs dijo: “Nuestra investigación cuántica ha progresado hasta el punto en que nuestro aliado, QuTech está simulando cargas de trabajo de algoritmos, e Intel está fabricando nuevos chips qubit de prueba de manera periódica en nuestras instalaciones de vanguardia” Asimismo mencionó: “El expertise de Intel en cuanto a la fabricación, electrónica de control y la arquitectura, nos distingue de los demás y nos servirá al adentrarnos en nuevos paradigmas computacionales, desde neuromórficos hasta el cómputo cuántico”.
La colaboración entre Intel y QuTech para acelerar los avances en el campo de la computación cuántica, empezaron en el año 2015. Desde ese entonces, la colaboración ha alcanzado metas importantes, como demostrar bloques clave de circuitos para un sistema integrado de control criogénico-CMOS, desarrollar un sistema de fabricación de spin qubit para la tecnología de procesos de 300mm de Intel, hasta el desarrollo de esta solución única de empaquetado para superconductores qubits. Gracias a este trabajo en equipo, el tiempo que transcurre entre el diseño, la fabricación y la etapa de prueba ha sido acelerado.
El profesor de QuTech Leo DiCarlo dijo: “con este chip de prueba, nos enfocaremos en conectar, controlar y medir múltiples qubits para crear un esquema de corrección de errores para un qubit lógico.” También mencionó: “este trabajo nos permitirá tener nuevos hallazgos en el campo del cómputo cuántico, los cuales transformarán la nueva etapa de desarrollo”.
Avanzando dentro del sistema de la computación cuántica:
El trabajo de Intel y QuTech en el área de computación cuántica, va mucho más allá del desarrollo y las fases de prueba de los dispositivos superconductores de qubit. La colaboración se extiende al sistema cuántico completo, desde el desarrollo de dispositivos qubit hasta la arquitectura del hardware y software requeridos para controlar dichos dispositivos, así como aplicaciones cuánticas. Todos estos elementos son esenciales para evolucionar de la investigación a la realidad del cómputo cuántico.
A diferencia de otros, Intel está investigando con los diversos tipos de qubits. Estos incluyen a los qubits superconductores incorporados en este nuevo chip de prueba, y también incluyen un tipo alternativo de qubits llamados “spin” en silicón. Estos spin qubits asemejan un electrón transistor, similar a los transistores convencionales y con el potencial de ser manufacturados con procesos comparables.
Mientras que las computadoras cuánticas prometen mayor eficiencia y desempeño en el manejo de problemas específicos, no remplazarán al cómputo convencional o cualquier otra tecnología emergente como la computación neuromórfica. Para inventar y progresar en estas tecnologías emergentes, se requerirá de los avances tecnológicos que la Ley de Moore proporciona.
Intel está invirtiendo no sólo para desarrollar nuevas formas de cómputo, sino para avanzar con el fundamento de la Ley de Moore, la cual hace que el futuro de la tecnología sea posible.
