CPU

Intel sviluppa un chip quantistico programmabile in silicio

Intel continua a investire nello sviluppo dei processori quantistici e anche se ha recentemente ha messo a punto una soluzione con 49 qubit, continua a percorrere più strade verso una tecnologia che promette di offrire una potenza senza precedenti in grado di dare risposte a grandi problemi dell'umanità, come la scoperta di cure per annose malattie e il cambiamento climatico.

Al momento però è tutta una ricerca, si procede a tentoni. L'industria deve ancora capire qual è la strada migliore da imboccare. Ad esempio non è ancora chiaro quale forma i processori quantistici – o qubit – prenderanno. Intel, non a caso, sta investendo in due ricerche in modo uguale.

La prima forma prende il nome di qubit superconduttori. Intel "sta compiendo rapidi progressi nello sviluppare questo tipo di chip di test, cosa che stanno facendo anche altri nell'industria e in ambito accademico. Intel sta facendo ricerca anche su una struttura alternativa, che attinge alla sua esperienza nella produzione di transistor al silicio. Questa architettura alternativa è chiamata "spin qubit", può funzionare con il silicio e aiutare a superare alcuni ostacoli scientifici per portare il calcolo quantico dalla ricerca alla realtà".

Spin qubit, spiega Intel, ricorda altamente l'elettronica a semiconduttore e i transistor che usiamo da decenni. "Forniscono la loro potenza quantistica sfruttando lo spin di un singolo elettrone su un dispositivo di silicio e controllando il movimento con piccoli impulsi microonde".

silicon quantum

Gli elettroni possono girare in direzioni differenti. In una direzione il dato assume valore binario 1, nell'altra 0. In modo simile ai qubit superconduttori, questi elettroni però esistono anche in una "sovrapposizione", ossia hanno la possibilità di girare in un modo o l'altro nello stesso momento e, così facendo, possono teoricamente processare un insieme di dati enorme in parallelo, molto più rapidamente di una CPU tradizionale.

Prima che il quantum computing possa diventare una realtà commerciale, ci sono alcuni problemi da superare. La prima è la natura incredibilmente fragile dei qubit. Qualsiasi rumore o un'osservazione inattesa dei qubit può causare una perdita del dato. Questa fragilità richiede un funzionamento a temperature estremamente basse e questo pone sfide sia per i materiali da usare nel chip che l'elettronica di controllo per farlo funzionare.

I qubit superconduttori sono piuttosto grandi (in termini quantistici) e operano in sistemi con dimensioni di un bidone da oltre 200 litri, il che rende difficile far scalare il progetto ai milioni di qubit necessari per creare un vero sistema commerciale. Gli spin qubit, rispetto alle controparti, offrono alcuni vantaggi: sono più piccoli quanto a dimensioni fisiche e il loro tempo di coerenza dovrebbe essere maggiore – cosa a cui mirano i ricercatori per scalare il sistema a milioni di qubit.

Possono funzionare a temperature maggiori rispetto ai qubit semiconduttori (1 kelvin anziché 20 millikelvin). Questo riduce drasticamente la complessità del sistema richiesto per far operare i chip permettendo l'integrazione dell'elettronica di controllo molto più vicino al processore. Intel e il suo partner QuTech (un istituto olandese) stanno esplorando il funzionamento degli spin qubit a temperature maggiori con risultati interessanti.

Creato un processore quantistico in silicio completo

Qutech ha messo a punto un chip quantistico basato su due spin qubit e che può essere programmato per svolgere due semplici algoritmi quantistici, un primo passo verso processori in grado di svolgere calcoli più complessi (fonte Nature).

Intel ha inventato un processo di fabbricazione degli spin qubit basato sulla tecnologia a 300 mm usando wafer isotopicamente puri. Intel sta ora testando quei wafer e ha intenzione, tra un paio di mesi, di produrne alcuni a settimana, ognuno con migliaia di insiemi di qubit.


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