Компанія Intel як провідний розробник мікропроцесорів не могла залишитися осторонь від створення квантових обчислювачів. За допомогою вчених з Нідерландів вона створила унікальний кремнієвий контролер для побудови масштабованих квантових комп’ютерів. Сьогодні вона пролила трохи світла на цю розробку.
Формально контролер Horse Ridge був анонсований в грудні минулого року. На той момент Intel відбулася загальними словами і розкрила тільки деталі техпроцесу новинки. Кришталева збірка Horse Ridge, пояснили в компанії, використовує 22-нм техпроцес і побудована з використанням транзисторів FinFET з вертикальними затворами. Призначення контролера дійсно полягає в тому, щоб спростити створення многокубітових обчислювальних систем.
У своїх дослідженнях Intel досліджує криогенні квантові комп’ютери. Такі системи працюють при охолодженні до температури поблизу абсолютного нуля. Сучасна електроніка не може працювати при охолодженні до таких температур. Тому керуючі схеми запускають щупальця-кабелі з безпечного та теплого містечка зовні ізольованого боксу з кубитами всередину охолодженої камери.
Саме тому квантові обчислювачі виглядають як картинка з всесвіту стим-панка. Для 50 кубітів або близько того це терпимо, але масштабувати таку конструкцію до сотень і тисяч кубітів буде вкрай складно і дорого. Необхідні керуючі ланцюги, які будуть розташовані якомога ближче до кубітів. В ідеалі електроніка для посилення сигналу і для трансляції коду в керуючі кубитами сигнали повинна розташовуватися в одній камері з кубитами. Саме для цієї мети і створено контролер Intel Horse Ridge.
Забігаючи вперед, відзначимо, SoC Intel Horse Ridge працює при охолодженні до 4 кельвінів. Кріогенні кубіти працюють при більш низькій температурі в частки одного Кельвіна. Так що мрія про єдиний обчислювальному модулі з керуючою електронікою поки залишається мрією. Більше надій на спінові кубіти. Квантовий обчислювач на спінових кубітах працює при температурі 1,6 Кельвіна, що вже ближче до можливостей контролера Horse Ridge.
Що стосується самого контролера, то він для управління кубитами містить радіочастотний багатоканальний блок. Блок підтримує роботу чотирьох радіочастотних каналів. Кожен канал може контролювати до 32 кубітів. Для цього використовується частотне мультиплексування – поділ загального каналу на непересічні частотні діапазони. Радіочастотні імпульси здатні як перекинути спин (управляти кубитами), так і вважати стан кубіта. Власне за допомогою радиоимпульсов обчислювальний алгоритм транслюється в стан кубітів. Всього один контролер Horse Ridge може керувати 128 кубитами.
Також контролер містить блоки корекції помилок, які можуть виникати в многокубітових системах. Радіосигнал в щільному оточенні схильний взаємних перешкод і спотворень, що, наприклад, може викликати зрушення фаз і вести до помилок в управлінні і зчитуванні кубітів. У контролер вбудований механізм автоматичної підстроювання частоти і фази керуючих сигналів, що спрощує масштабування системи.
Робочий частотний діапазон квантового контролера Intel дозволяє працювати як зі звичайними сверхпроводящими кубитами, які реагують на частоти в діапазоні 6-7 ГГц, так і зі спіновими кубитами, яким потрібні робочі частоти в діапазоні 13-20 ГГц. Можливо з доповіді Intel на цю тему на конференції ISSCC 2020 сьогодні ми дізнаємося трохи більше про SoC Horse Ridge.