Jim Clarke, director de hardware cuántico en Intel, muestra el nuevo chip de 17qubit

Sin embargo, y a pesar de un gran progreso experimental, existen unos retos inherentes a la creación de sistemas cuánticos viables y a gran escala para generar unos resultados precisos. Uno de los principales obstáculos es construir los componentes de la informática cuántica, los qubits, uniformes y estables.

De hecho, los qubits son muy frágiles: cualquier ruido u observación involuntaria pueden causar una pérdida de datos. Es tanta su fragilidad, que para funcionar precisan unas temperaturas de unos 20 millikelvin, 250 veces más fría que la del lejano espacio.

Este entorno operativo tan extremo hace que el empaquetado de los qubits sea clave para su rendimiento y su funcionamiento. Los equipos del Components Research Group (CR) de Intel, situado en Oregon y del Assembly Test and Technology Development (ATTD), en Arizona, están superando todos los límites del diseño y del empaquetado de chips y están preparados para abordar los retos que presenta la informática cuántica.

Así, en cuanto al tamaño, considerando que empaquetado de un chip tiene las dimensiones de una moneda de medio dólar, el nuevo diseño del chip de prueba de 17 qubits destaca por contar con:

• Una nueva arquitectura que permite mejorar la fiabilidad y el rendimiento térmico y reducir las interferencias de radiofrecuencias (RF) entre los qubits.
• Un plan de interconexiones escalables que permite entre 10 y 100 veces más señales entrando y saliendo del chip en comparación con los chips con cables de interconexión.
• Unos procesos, materiales y diseños avanzados que permiten la adaptación al empaquetado de Intel a los circuitos integrados cuánticos, que son mucho mayores que los de los chips de silicio convencionales.

Asimismo, el chip de Intel para informática cuántica tiene unas prestaciones únicas que mejoran la conectividad y el rendimiento eléctrico y termomecánico.

“Nuestras investigaciones cuánticas han progresado hasta permitir a nuestro partner QuTech simular las cargas de trabajo de algoritmos cuánticos y a Intel fabricar nuevos chips de prueba qubit”, reconoce Michael Mayberry, vicepresidente y director general de Intel Labs.

“La experiencia de Intel en fabricación, electrónica de control y arquitecturas nos diferencia y nos proporciona una gran ayuda a la hora de adentrarnos en nuevos paradigmas informáticos, desde la neuromórfica a la informática cuántica”.

La colaboración entre Intel y QuTech para acelerar los avances en informática cuántica comenzaron en 2015. Desde entonces, esta cooperación ya presenta logros como la demostración de bloques de circuitos esenciales para un sistema de control integrado criogénico-CMOS o la habilitación de un flujo de fabricación de los spin qubits utilizando para ello la tecnología de proceso de 300 nm de Intel y el desarrollo de una solución de empaquetado única para qubits superconductores.

Por su parte, el catedrático Leo DiCarlo de QuTech, explica que “con este chip de prueba nos centramos en la conexión, el control y la medida de qubits múltiples y entrelazados para lograr un plan de corrección de errores y un qubit lógico”.

“Este trabajo nos permitirá descubrir nuevos conocimientos en computación cuántica que van a perfilar la próxima etapa de desarrollo”, concluye DiCarlo.

Desarrollo del sistema de informática cuántica

El trabajo de Intel y QuTech en informática cuántica va más allá del desarrollo y las pruebas de dispositivos superconductores qubit. La colaboración abarca todo el sistema cuántico – o “pila” – desde dispositivos qubit a las arquitecturas de hardware y software necesarias para controlar estos dispositivos, además de las aplicaciones cuánticas. Todos estos elementos son esenciales para el desarrollo de la informática cuántica desde las investigaciones hasta la realidad.

Asimismo, al contrario de otras compañías, Intel está investigando sobre múltiples tipos de qubit, incluyendo los qubits superconductores incorporados en este último chip de prueba y un tipo alternativo llamado spin qubit en silicio. Estos spin qubits recuerdan a un único transistor de electrones, se parecen mucho a los transistores convencionales y pueden potencialmente fabricarse con unos procesos comparables.

Aunque los sistemas cuánticos prometen ofrecer una mayor eficiencia y un mejor rendimiento a la hora de ocuparse de ciertos problemas, no van a sustituir la necesidad de utilizar la informática convencional u otras nuevas tecnologías como la informática neuromórfica. Necesitaremos los avances técnicos que ofrece a Ley de Moore para inventar y adaptar estas tecnologías emergentes. Más información en www.intel.com y en https://qutech.nl