Ricercatori e ingegneri di QuTech nei Paesi Bassi e di Intel Corp., progettato e testato congiuntamente un chip per controllare i qubit in grado di funzionare a temperature estremamente basse, e apre le porte alla soluzione del "collo di bottiglia del cablaggio, " un passo importante verso un computer quantistico scalabile. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica Natura .

Ogni unità di base di un computer quantistico, un qubit, è tipicamente indirizzato individualmente da un singolo filo. "Questo ostacola un computer quantistico scalabile, poiché milioni di qubit richiederebbero milioni di cavi", spiega l'investigatore capo Lieven Vandersypen di QuTech. "Questo è chiamato il "collo di bottiglia del cablaggio". Nei computer tradizionali un moderno processore con miliardi di transistor ha solo poche migliaia di connessioni. Le temperature criogeniche alle quali operano i qubit (20 millikelvin, o circa -273 gradi Celsius) complicano l'uso di soluzioni tradizionali." Un tale chip potrebbe semplicemente non sopportare le temperature estreme, quindi è stato progettato e testato un nuovo chip di controllo criogenico.

Intel Horse Ridge

Ingegneri di Intel e QuTech, una collaborazione tra la Delft University of Technology e TNO, l'Organizzazione olandese per la ricerca scientifica applicata ha progettato uno speciale circuito integrato a base di silicio in grado di resistere al freddo (3 gradi Celsius sopra lo zero assoluto) e anche di affrontare i qubit. Il cosiddetto chip "Horse Ridge" prende il nome dal luogo più freddo dell'Oregon, lo stato in cui risiede il laboratorio Intel.

"Abbiamo sfruttato la stessa tecnologia adottata per il microprocessore convenzionale, la tecnologia CMOS. Per la cresta del cavallo, abbiamo utilizzato specificamente la tecnologia FinFET a bassa potenza di Intel a 22 nm", ha affermato il co-investigatore capo Edoardo Charbon, capo dell'Advanced Quantum Architecture Laboratory dell'EPFL. "Poiché i dispositivi elettronici funzionano in modo molto diverso a temperature criogeniche, abbiamo utilizzato tecniche speciali nella progettazione del chip sia per garantire il corretto funzionamento sia per pilotare i qubit con un'elevata precisione." In definitiva, il chip del controller e i qubit possono essere integrati sullo stesso die (dato che sono tutti fabbricati in silicio) o pacchetto, alleviando così ulteriormente il collo di bottiglia del cablaggio.

Alta fedeltà e buona programmabilità

Per valutare la qualità del chip di controllo criogenico Horse Ridge, è stato confrontato con un classico controller della temperatura ambiente. Risulta che la fedeltà del gate del sistema è molto alta (99,7%) e limitata non dal controller ma dai qubit stessi. Questa è un'ottima notizia per le prestazioni del chip di controllo criogenico.

Prossimo, la programmabilità del controller è stata mostrata utilizzando un algoritmo quantistico a due qubit. L'algoritmo Deutsch-Jozsa è uno degli algoritmi più semplici che è molto più efficiente su un computer quantistico rispetto a un computer tradizionale. Ciò dimostra la capacità di programmare il chip di controllo con sequenze arbitrarie di operazioni, e apre la strada all'implementazione su chip e a un computer quantistico veramente scalabile.