Ο Stefano Pellerano, κύριος μηχανικός της Intel Labs, κατέχει το Horse Ridge.  Το νέο κρυογονικό τσιπ ελέγχου θα επιταχύνει την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστικών συστημάτων πλήρους στοίβας, σηματοδοτώντας ένα ορόσημο στην ανάπτυξη ενός εμπορικά βιώσιμου κβαντικού υπολογιστή.

Η Intel παρουσιάζει το τσιπ ελέγχου κβαντικής υπολογιστικής δεύτερης γενιάς


Η Intel παρουσίασε τη δεύτερη γενιά της τσιπ ελέγχου κβαντικών υπολογιστών κατά τη διάρκεια της εικονικής εκδήλωσης Intel Labs σήμερα. Το τσιπ, με κωδικό κωδικό Horse Ridge II, είναι ένα άλλο ορόσημο για την κατασκευή της κβαντικής πληροφορικής, ένα από τα ιερά grails της πληροφορικής, πιο πρακτικά. Το νέο πρωτότυπο βασίζεται στην πρώτη γενιά Ελεγκτής Horse Ridge κυκλοφόρησε το 2019. Το Horse Ridge II έχει περισσότερες δυνατότητες και υψηλότερα επίπεδα ενοποίησης για τον έλεγχο ενός κβαντικού υπολογιστή, ο οποίος παραμένει μακροπρόθεσμος στόχος για την εταιρεία.

Νωρίτερα στο έργο, οι ερευνητές της Intel σχεδίασαν το επεκτάσιμο Process-on-Chip (SOC) για λειτουργία σε κρυογονικές θερμοκρασίες, απλοποιώντας τα ηλεκτρονικά στοιχεία ελέγχου και τις διασυνδέσεις που απαιτούνται για την κομψή κλίμακα και τη λειτουργία μεγάλων υπολογιστικών συστημάτων. ποσοστό. Τα περισσότερα συστήματα κβαντικών υπολογιστών λειτουργούν μόνο σε θερμοκρασίες κοντά στο πάγωμα. Η Intel προσπαθεί να το αλλάξει, αλλά εν τω μεταξύ το τσιπ ελέγχου εξαλείφει την ανάγκη λειτουργίας εκατοντάδων καλωδίων μέσω μιας θήκης ψυγείου που στεγάζει τον κβαντικό υπολογιστή.

Οι κβαντικοί ερευνητές εργάζονται με περιορισμένο αριθμό qubits ή κβαντικών bits, χρησιμοποιώντας μικρότερα, ειδικά σχεδιασμένα συστήματα που περιβάλλονται από πολύπλοκους μηχανισμούς ελέγχου και διασύνδεσης. Η εφαρμογή του κβαντικού υπολογισμού σε προβλήματα πραγματικού κόσμου βασίζεται κυρίως στην ικανότητα κλιμάκωσης και ελέγχου χιλιάδων qubit ταυτόχρονα, με υψηλά επίπεδα πιστότητας.

Η αύξηση του αριθμού qubit προκαλεί άλλα προβλήματα που προκαλούν την ικανότητα και τη λειτουργία του κβαντικού συστήματος. Ένας τέτοιος πιθανός αντίκτυπος είναι η μείωση της πιστότητας και της απόδοσης του qubit. Κατά την ανάπτυξη του αρχικού Horse Ridge, η Intel βελτιστοποίησε την τεχνολογία πολυπλεξίας που επιτρέπει στο σύστημα να κλιμακώσει και να μειώσει τα σφάλματα «μετατόπισης φάσης», ένα φαινόμενο που μπορεί να προκύψει κατά τον έλεγχο πολλών qubits σε διαφορετικές συχνότητες, με αποτέλεσμα crosstalk μεταξύ qubits. Οι μηχανικοί μπορούν να συντονίσουν διάφορες συχνότητες που εκμεταλλεύονται το Horse Ridge με υψηλά επίπεδα ακρίβειας, επιτρέποντας στο κβαντικό σύστημα να προσαρμόζεται και να διορθώνει αυτόματα τη μετατόπιση φάσης κατά τον έλεγχο πολλαπλών qubit με την ίδια γραμμή ραδιοσυχνοτήτων (RF), βελτιώνοντας την πιστότητα qubit πύλης.

Με το Horse Ridge II, οι ερευνητές της Intel έχουν προσθέσει τη δυνατότητα χειρισμού και ανάγνωσης καταστάσεων qubit και ελέγχου του δυναμικού διαφορετικών πυλών που απαιτούνται για τη συνένωση πολλαπλών qubit, σύμφωνα με ομιλία του Jim Clarke, διευθυντή κβαντικού υλικού στην ερευνητική ομάδα. σχετικά με τα στοιχεία της Intel.

Επειδή η ύλη

Πάνω: Ο Stefano Pellerano, κύριος μηχανικός της Intel Labs, κατέχει το πρωτότυπο Horse Ridge.

Πιστωτική εικόνα: Intel

Η Intel είπε ότι τα σημερινά πρώτα κβαντικά συστήματα χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά θερμοκρασίας δωματίου με πολλά ομοαξονικά καλώδια που δρομολογούνται στο τσιπ qubit μέσα σε ψυγείο αραίωσης. Γι ‘αυτό το τσιπ που βλέπετε στην εικόνα περιβάλλεται από κρυογονικά καλώδια και συστήματα ψύξης. Αυτή η προσέγγιση δεν ταιριάζει σε μεγάλο αριθμό qubit λόγω του συντελεστή μορφής, του κόστους, της κατανάλωσης ισχύος και του θερμικού φορτίου της μονάδας ψύξης. Με το αρχικό Horse Ridge, η Intel έκανε το πρώτο βήμα για να αντιμετωπίσει αυτήν την πρόκληση, εξαλείφοντας την ανάγκη για πολλαπλά ράφια εξοπλισμού και χιλιάδες καλώδια που εισέρχονται και εξέρχονται από το ψυγείο για να λειτουργήσει η κβαντική μηχανή. Η Intel αντικατέστησε αυτά τα ογκώδη εργαλεία με ένα εξαιρετικά ενσωματωμένο σύστημα on-chip (SoC) που απλοποιεί το σχεδιασμό του συστήματος και χρησιμοποιεί εξελιγμένες τεχνικές επεξεργασίας σήματος για να επιταχύνει το χρόνο εγκατάστασης, να βελτιώσει την απόδοση qubit και να επιτρέψει στην ομάδα μηχανικών για την αποτελεσματική κλιμάκωση του κβαντικού συστήματος σε μεγαλύτερα qubits.

Το Horse Ridge II βασίζεται στην ικανότητα της πρώτης γενιάς SoC να παράγει παλμούς RF για να χειριστεί την κατάσταση του qubit, γνωστή ως κίνηση qubit. Εισάγει δύο πρόσθετα χαρακτηριστικά ελέγχου, ανοίγοντας το δρόμο για περαιτέρω ενσωμάτωση εξωτερικών ηλεκτρονικών χειριστηρίων στο SoC που λειτουργεί μέσα στο ψυγείο.

Για παράδειγμα, μια δυνατότητα που ονομάζεται go through qubit διασφαλίζει ότι μπορείτε να διαβάσετε την τρέχουσα κατάσταση του qubit. Η ανάγνωση είναι σημαντική, καθώς επιτρέπει την ανίχνευση κατάστασης qubit χαμηλού λανθάνοντος χρόνου σε chip χωρίς αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων, εξοικονομώντας έτσι μνήμη και ενέργεια. Η Intel έχει προσθέσει έναν προγραμματιζόμενο μικροελεγκτή μέσα στο τσιπ για να επιτρέψει στο Horse Ridge II να προσφέρει υψηλότερα επίπεδα ευελιξίας στον τρόπο εκτέλεσης των τριών λειτουργιών ελέγχου. Ο μικροελεγκτής χρησιμοποιεί τεχνικές επεξεργασίας ψηφιακού σήματος για την εκτέλεση πρόσθετων φίλτρων στους παλμούς, συμβάλλοντας στη μείωση του crosstalk μεταξύ των qubits.

Η Intel δημιούργησε το Horse Ridge II με διαδικασία κατασκευής FinFET 22 νανομέτρων χαμηλής ισχύος. Λειτουργεί σε θερμοκρασία 4 kelvins, ή μείον 452 βαθμούς Φαρενάιτ. Είναι αρκετά κρύο, μόνο ένα κλάσμα πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Τα qubits spin silicon, τα οποία στηρίζουν τις κβαντικές προσπάθειες της Intel, έχουν ιδιότητες που θα μπορούσαν να τους επιτρέψουν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες 1 kelvin ή υψηλότερες, γεγονός που θα μείωνε σημαντικά τις προκλήσεις ψύξης του κβαντικού συστήματος. Η Intel θα περιγράψει περαιτέρω τις τεχνικές λεπτομέρειες στο Intercontinental Solid Point out Circuit Meeting (ISSCC) τον Φεβρουάριο του 2021.

Ενσωματωμένη φωτονική πυριτίου για κέντρο δεδομένων

Πάνω: Η Intel μελετά φωτονικά πυριτίου για να κάνει τα κέντρα δεδομένων πιο αποτελεσματικά.

Πιστωτική εικόνα: Intel

Εν τω μεταξύ, η Intel ανακοίνωσε επίσης την πρόοδο στην ενσωμάτωση της φωτονικής με χαμηλού κόστους, υψηλού όγκου πυρίτιο. Οι εξελίξεις αντιπροσωπεύουν μια θεμελιώδη πρόοδο στον τομέα των οπτικών διασυνδέσεων, αντιμετωπίζοντας τις αυξανόμενες προκλήσεις που σχετίζονται με την κλιμάκωση της απόδοσης ηλεκτρικής εισόδου / εξόδου (I / O), καθώς οι φόρτο εργασίας που υπολογίζονται από υπολογιστές, κατακλύζουν όλο και περισσότερο την κυκλοφορία δικτύου στο κέντρο δεδομένων. Η Intel έχει επιδείξει πρόοδο στα δομικά στοιχεία της βασικής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης της μικροποίησης, ανοίγοντας το δρόμο για αυστηρότερη ενσωμάτωση οπτικών και πυριτικών τεχνολογιών.

Η βιομηχανία υπολογιστών πλησιάζει γρήγορα στα πρακτικά όρια της απόδοσης ηλεκτρικής εισόδου-εξόδου (I / O). Καθώς η ζήτηση εύρους ζώνης υπολογισμού του κέντρου δεδομένων συνεχίζει να αυξάνεται, το ηλεκτρικό I / O δεν κλιμακώνεται για να διατηρηθεί, με αποτέλεσμα ένα “τοίχος ισχύος I / O” που περιορίζει την διαθέσιμη ισχύ για εργασίες επεξεργασίας . Φέρνοντας το οπτικό I / O απευθείας σε διακομιστές και πακέτα chip, η Intel ελπίζει να διαλύσει αυτό το εμπόδιο, επιτρέποντας στα δεδομένα να μετακινούνται πιο αποτελεσματικά.

Στην εκδήλωση Intel Labs, η εταιρεία παρουσίασε βασικές εξελίξεις στα δομικά στοιχεία, που περιλαμβάνουν παραγωγή φωτός, ενίσχυση, ανίχνευση, διαμόρφωση, συμπληρωματικά κυκλώματα διασύνδεσης ημιαγωγών μεταλλικού οξειδίου (CMOS) και ενσωμάτωση πακέτων, όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την απόκτηση ολοκληρωμένων φωτονικών. Ένα πρωτότυπο που παρουσιάστηκε στην εκδήλωση περιελάμβανε μια στενή σύζευξη τεχνολογιών φωτονικής και CMOS, οι οποίες χρησίμευαν ως απόδειξη της ιδέας για τη μελλοντική πλήρη ενσωμάτωση της οπτικής φωτονικής στο πυρήνα υπολογιστικού πυρήνα. Η Intel παρουσίασε επίσης μικροδιαμορφωτές διαμορφωτές που είναι 1.000 φορές μικρότεροι από τα παραδοσιακά εξαρτήματα. Το μεγάλο μέγεθος και το κόστος των συμβατικών διαμορφωτών πυριτίου αποτέλεσε εμπόδιο για τη μεταφορά οπτικής τεχνολογίας σε πακέτα διακομιστών, τα οποία απαιτούν την ενσωμάτωση εκατοντάδων αυτών των συσκευών. Αυτά τα συνδυασμένα αποτελέσματα ανοίγουν το δρόμο για την εκτεταμένη χρήση φωτονικών πυριτίου πέρα ​​από τα ανώτερα στρώματα του δικτύου, εντός του διακομιστή και σε μελλοντικά πακέτα διακομιστών.



[via]