QuTech en Intel ontwikkelen processor die extreme koude weerstaat

Abonneer je gratis op Techzine!

De Nederlandse kwantumcomputing-onderzoekers van QuTech hebben samen met chipfabrikant Intel een processor ontwikkeld die onder extreme koude kan werken. De zogenoemde Intel Horse Ridge-chip is speciaal ontwikkeld voor het aansturen van qubits voor kwantumcomputing.

De ontwikkeling van de speciale controllerchip is volgens de specialisten van QuTech en Intel een belangrijke doorbraak voor het creëren van een schaalbare kwantumcomputer. Een qubit, het basisdeeltje van kwantumcomputing, worden normaal aangestuurd door een enkele ‘wire’ of verbinding.

Binnen een schaalbare kwantumcomputer vormt dit -tot nu- een probleem omdat miljoenen qubits dan ook miljoenen verbindingen nodig hebben. Moderne processors kunnen slechts aan aantal duizend verbindingen leveren. Voor een schaalbare kwantumcomputer zijn dus dan ook vele duizenden processors nodig. Dit vormt vanzelfsprekend een probleem.

Dit probleem wordt verder bemoeilijkt doordat qubits pas op een extreem lage temperatuur werken., ongeveer 20 milliKelvin of -273 graden Celsius. De elektronica die de qubits onder controle houden, werken echter op kamerapparatuur. Het is voor moderne traditionele processors onmogelijk om te werken op deze extreme temperaturen.

Introductie Intel Horse Ridge

De onderzoekers van Qutech en Intel hebben dit tweeledige probleem nu opgelost met het ontwerpen en testen van een compleet nieuwe ‘cryogene’ controllerprocessor; de Intel Intel Horse Ridge.

De Intel Horse Ridge, genoemd naar de koudste plek in de Amerikaanse staat Oregon waar het Intel-laboratorium is gevestigd, is een op siliconen gebaseerd geïntegreerd circuit die zowel extreme kou, tot 3 graden boven het absolute nulpunt van 0 Kelvin of -273 graden Celsius, kan weerstaan, als verbindingen maken voor qubits.

Technologie

De onderzoekers gebruikten voor de basis van de Intel 22-nanometer low-power FinFET-technologie. In het processorontwerp zijn speciale technieken toegepast waarmee die verschillende cryogene temperaturen aankan en tegelijk qubits met een hoge accuratesse kan aansturen. Uiteindelijk kunnen de controller en de qubits op eenzelfde ‘dobbelsteen’ of package worden geïntegreerd. Hiermee wordt het probleem van ‘writing’ of het maken van de verbindingen verder opgelost.

Testen

De nieuwe speciale kwantumcomputingprocessor is inmiddels uitvoering getest en laat veelbelovende resultaten zien.  Onder andere is de Intel Horse Ridge vergeleken met een processor die op normale temperaturen werkt. Daarnaast is de processor met goed resultaat getest voor de programmeerbaarheid. Hiervoor is een zogenoemd Deutsch–Jozsa-algoritme gebruikt. Dit is een twee-qubit-kwantumalgoritme. Dit algoritme is één van de meest simpele algoritmes die meer efficiënt op een kwantumcomputer dan op een traditionele computer kunnen worden gedraaid.

De resultaten van het ontwikkelen van de speciale kwantumcomputing-processor zijn inmiddels in het gezaghebbende vaktijdschrift Nature gepubliceerd.

Tip: Nederlandse onderzoekers maken eerste ‘kwantuminternet’