Компания Intel сообщила о разработке, которая ещё на один шаг приближает практические квантовые вычисления. Под кодовым именем Horse Ridge компания создала контроллер кубитов (квантовых битов), способный работать при очень низких температурах. Этот 22-нм решение с использованием транзисторов FinFET выдерживает охлаждение до 4К (−269 ºC). Назначение контроллера Horse Ridge ― обеспечить удобное масштабирование многокубитовых квантовых систем до сотен тысяч и миллионов кубитов в будущем.
Современные квантовые вычислительные системы представляют собой многоступенчатые решения. Сердце таких систем ― квантовый процессор из всего нескольких кубитов ― заключено в непроницаемый для радиочастотных излучений экран и охлаждено до температуры в несколько милликельвинов, что всего на долю градуса выше абсолютного нуля. От процессора наружу идут управляющие кабели, которые проходят сквозь камеры с несколько большей температурой. В этих камерах располагается вспомогательное оборудование, которое обеспечивает усиление сигнала и преобразование компьютерных команд в понятные для квантового процессора инструкции. Снаружи всем этим управляет обычная серверная стойка.
Современные опытные квантовые вычислители насчитывают до 50 кубитов, но даже такое небольшое число вычислительных элементов требует сложной и запутанной кабельной системы и соединительных элементов. И речи нет, чтобы увеличить масштаб таких решений в существующем виде до тысяч или десятков тысяч кубитов, не говоря уже о миллионах кубитов. Квантовый компьютер величиной с комнату ещё можно понять, но создать квантовый вычислитель размером с многоэтажный дом ― это будет что-то из стимпанка. Впечатляюще, но крайне неэффективно и явно не для коммерческого распространения.
Разработанный Intel совместно с учёными из QuTech, TU Delft и TNO (Нидерландская организация прикладных научных исследований) контроллер Horse Ridge обещает избавить коммерческие квантовые компьютеры от сложных и запутанных коммуникаций от управляющей стойки до кубитов.
Контроллер Horse Ridge располагается максимально близко к квантовому процессору, хотя и не совсем рядом с ним. Рабочая температура контроллера, как сказано выше, составляет 4 Кельвина. Хотя его нельзя расположить рядом с криогенным квантовым процессором, охлаждённым до более низкой температуры, Intel не теряет надежды в будущем создать удобно масштабируемый дуэт из контроллера и квантового процессора. Помочь ей в этом могут квантовые процессоры на спиновых кубитах. Это квантовые процессоры на кремниевых чипах, кубитом в которых может выступать, например, один электрон.
Процессоры на спиновых кубитах могут работать при более высокой температуре, чем криогенные квантовые процессоры. Так, Intel смогла довести рабочую температуру такого процессора до 1,6 К. Когда-нибудь, уверены в Intel, контроллеры и кубитовые процессоры смогут работать при одинаковой температуре и ещё сильнее упростят строение квантовых компьютеров. Это откроет прямой путь к появлению массовых коммерческих квантовых вычислителей и к новым невероятным открытиям, которые не по зубам классическим суперкомпьютерам.
