Kwantowa przyszłość półprzewodników – Intel i Argonne z nowym procesorem Tunnel Falls

Argonne National Laboratory oraz Intel uruchomiły 12 kubitowy procesor kwantowy oparty na krzemowych kropkach kwantowych. Projekt, realizowany w ramach inicjatywy Q-NEXT Departamentu Energii USA, stanowi istotny krok w kierunku skalowalnych komputerów kwantowych tworzonych z wykorzystaniem przemysłowych technologii półprzewodnikowych.

Od tranzystora do kropki kwantowej

Historia projektu sięga fundamentów współczesnej elektroniki. W połowie XX wieku tranzystor zastąpił energochłonne lampy próżniowe, rozpoczynając rewolucję, która umożliwiła miniaturyzację komputerów i rozwój nowoczesnej elektroniki medycznej. Z biegiem dekad inżynierowie nauczyli się kontrolować elektrony z coraz większą precyzją, aż w końcu pojawiła się możliwość manipulowania spinem pojedynczego elektronu.

To właśnie w tym momencie klasyczny tranzystor ewoluował w nową formę, czyli kropkę kwantową.

Co, jeśli zrobimy na poziomie pojedynczego elektronu to, co tranzystory robią już dziś? Co, jeśli zbudujemy technologię kwantową z tych samych bloków, z których powstaje klasyczna elektronika? Można poprowadzić bardzo prostą linię od pierwszego tranzystora do kropki kwantowej – powiedział Jonathan Marcks, naukowiec z Argonne National Laboratory, który kieruje pracami badawczymi.

12 kubitów i produkcja przemysłowa

Argonne z powodzeniem uruchomiło i eksploatuje 12 kubitowy układ zbudowany przez Intela, a pierwsze wyniki wspólnych badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications. Projekt realizowany pod auspicjami Q-NEXT opiera się na wieloletnim doświadczeniu w produkcji krzemowych tranzystorów, przenosząc je w obszar technologii kwantowych.

Intel odpowiada za projektowanie i wytwarzanie układu, wykorzystując zaawansowane procesy produkcyjne znane z przemysłu półprzewodników, natomiast Argonne zapewnia zaplecze badawcze i kompetencje niezbędne do testów oraz charakteryzacji kubitów.

Przyspieszamy badania, pokonując jedną z największych barier. Zbudowanie nawet kilku kropek kwantowych bywa trudne, ale dzięki Intelowi perspektywa stworzenia dużej liczby kubitów na praktycznym układzie staje się znacznie bardziej realna – podkreślił Marcks.

Skalowanie technologii i znaczenie Q-NEXT

Kluczowym wyzwaniem pozostaje skala. Do użytecznych obliczeń kwantowych potrzebne są setki, tysiące, a docelowo miliony kubitów.

Aby realizować złożone przetwarzanie informacji kwantowej, potrzebna jest ogromna liczba kropek kwantowych, a to niezwykle trudne zadanie – zaznaczył Marcks.

Nathan Bishop, dyrektor ds. technologii systemów kwantowych w Intelu, zwrócił uwagę na rolę współpracy z Argonne.

Skalujemy się w kierunku setek kropek. Zespoły Intela zajmujące się projektowaniem, produkcją i testami umożliwiają rozwój procesorów opartych na krzemowych kropkach kwantowych. Współpraca z naukowcami z Argonne pozwala nam korzystać z unikalnych kompetencji DOE w zakresie charakteryzacji materiałów i kubitów – powiedział.

Znaczenie projektu podkreślił również David Awschalom, dyrektor Q-NEXT.

Ta współpraca jest fundamentem Q-NEXT. Pokazuje, jaki wpływ może mieć narodowe centrum badań kwantowych. Tylko w takiej skali przemysł i laboratoria narodowe mogą połączyć swoje atuty, by budować tak złożone systemy – stwierdził.

Dzięki sprzężeniu badań podstawowych z przemysłową produkcją Argonne i Intel przybliżają półprzewodniki do granic fizyki kwantowej, tworząc podwaliny pod kolejne generacje skalowalnych komputerów kwantowych.