في مؤتمر International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) بنسخته الحالية 2020 في سان فرانسيسكو ، قامت انتل ( Intel ) بالتعاون مع شركة QuTech بتحديد الملامح التقنية الرئيسية لرقاقة التحكم الكمية الجديدة "Horse Ridge" . تكشف الورقة التي تحتوي على المواصفات عن القدرات التقنية الرئيسية للشريحة الكميّة Horse Ridge التي تحدد التحديات الأساسية في بناء أي نظام كمّي قوي بما فيه الكفاية يمكن من خلاله الحصول على التطبيقات العملية للمعالجة الكمية وهي : قابلية التوسّع والمرونة والدقة .

وقال جيم كلارك ، مدير الأجهزة الكمومية بشركة إنتل أن المعالجة الكمية الموجودة في شريحة Horse Ridge المرتقبة ستوفر سهولة أكبر وتعقيد أقل في التكوين الخاص بها مما يوفر امكانية أسهل للعمل معها من قبل المختصين في هذا المجال، بحيث يمكن انتشار المبدأ بشكل تجاري في المستقبل لباقي فئات المستخدمين .

مازالت مجتمعات البحث الكمّي والمعالجات الكمية لم تخطوا بعد الا الخطوة الأولى و ميل واحد فقط في سباق إظهار التطبيقات العملية للحوسبة الكمية . حيث يعتمد تطبيق الحوسبة الكمومية مع المشكلات العملية في واقعنا المعاصر على القدرة على التوسع والتحكم في آلاف البتات (كيوبت Qubit) في نفس الوقت بمستويات عالية من الدقة. وتعمل أنظمة انتل الجديدة في شرائح Horse Ridge على تبسيط إلكترونيات التحكم المعقدة الحالية المطلوبة لتشغيل مثل هذا النظام الكمومي باستخدام نظام متكامل على رقاقة واحدة (SoC) وهو ما سيساعد على الحصول على أداء محسَّن لوحدات qubit وتوسيع نطاق عدد الـ كيوبت Qubit بشكل أكبر للدرجة المطلوبة لتطبيق الحوسبة الكمية لتوفير القدرة على الحلول العملية للمشاكل الواقعية (تطبيقات العالم الحقيقي) .

[caption id="attachment_279548" align="aligncenter" width="900"]intel انتل معالج بروسيسور Quantum Stefano Pellerano, principal engineer at Intel Labs, holds Horse Ridge. The new cryogenic control chip will speed development of full-stack quantum computing systems, marking a milestone in the development of a commercially viable quantum computer. (Credit: Walden Kirsch/Intel Corporation)[/caption]

إقرأ أيضاً : الحوسبة الكمية Quantum Computing، سراب التائه في الصحراء!

التفاصيل الفنية الرئيسية المدرجة في ورقة البحث (قم بتخطي هذا الجزء في حالة كنت لا تريد الدخول في التفاصيل التقنية):

قابلية التوسع:

تم تصميم شريحة انتل الجديدة باستخدام تقنية 22nm FFL (FinFET Low Power) من Intel ، حيث تم دمج أربع قنوات للترددات اللاسلكية (RF) في جهاز واحد . كل قناة من هذه القنوات قادرة على التحكم في ما يصل إلى 32qubits والتي تمكن من الاستفادة من تقنية "مضاعفة التردد frequency multiplexing" - وهي تقنية تقوم بتقسيم إجمالي عرض النطاق الترددي المتاح الى سلسلة من النطاقات الترددية غير المتداخلة ، والتي يستخدم كل منها لحمل إشارة كهربية منفصلة. و من خلال الاستفادة من هذه القنوات الأربع ، يمكن لـ Horse Ridge التحكم في ما يصل إلى 128qubits باستخدام جهاز واحد ، مما يقلل بشكل كبير من عدد الكابلات والأدوات التي كانت مطلوبة مسبقًا في هذه المعالجات .

الدقة :

تؤدي الزيادات في عدد qubits إلى ظهور مشكلات أخرى والتي تؤثر بشكل كبير على قدرات وتشغيل النظام الكمومي بشكل عام ، أحد هذه التأثيرات المحتملة هو انخفاض الدقة وبالتالي انخفاض الأداء . وهو ما جعل انتل أثناء تطوير Horse Ridge ، تقوم بتحسين تقنية تعدد الإرسال multiplexing التي تمكّن النظام من تنفيذ عملية التوسيع (النقطة السابقة) والتقليل من الأخطاء الناتجة عن الإختلال في طبيعة الذرات المكونة للنظام " تغير الطور phase shift" - وهي ظاهرة يمكن أن تحدث عند التحكم في العديد من الـ qubits التي تعمل بترددات مختلفة ، مما يؤدي إلى ظهور تداخل بين البتات. لذا وحسب تصريحات الشركة فإنه يمكن "ضبط او التحكم" في الترددات المختلفة التي يتم التعامل معها في شرائح Horse Ridge بمستويات عالية من الدقة ، وهو ما يتيح للنظام الكمومي التكيف و تصحيح المشاكل التي تحدث نتيجة لـ"تغير الطور phase shift" تلقائيًا عند التحكم في وحدات qubits متعددة على نفس التردد اللاسلكي RF ، مما يحسن من دقة بوابات qubit الرقمية.

المرونة:

تغطي Horse Ridge نطاق تردد واسع ، وهو ما يتيح التحكم في كلا النوعين من الـ qubits سواء كانت الكيوبت فائقة التوصيل ( المعروفة باسم transmons) أوالكيوبتات الدورانية spin qubits . تعمل transmons عادة بترددات 6 إلى 7 جيجاهرتز ، في حين تعمل الكيوبتات الدورانية spin qubits بترددات تصل من 13 إلى 20 جيجاهيرتز.

قدمت Intel و QuTech نتائج أبحاثهما التعاونية عبر ورقة تحت مسمى :

"A Scalable Cryo-CMOS 2-to-20GHz Digitally Intensive Controller for 4×32 Frequency Multiplexed Spin Qubits/Transmons in 22nm FinFET Technology for Quantum Computers " خلال الجلسة الخاصة بهم رقم 19 في معرض ISSCC في الـ 1:30 مساء يوم الثلاثاء 18 فبراير .