Intel impulsará la investigación del qubit de espín de silicio para la computación cuántica

Actualmente, las instituciones académicas no disponen de equipos de fabricación de gran volumen como Intel. Con Tunnel Falls, los investigadores pueden empezar a trabajar inmediatamente en sus proyectos, en lugar de intentar fabricar sus propios dispositivos. Como resultado, se hace posible una gama más amplia de experimentos, incluyendo aprender más sobre los fundamentos de los qubits y los puntos cuánticos y desarrollar nuevas técnicas para trabajar con dispositivos con múltiples qubits.

Para ello, Intel colabora con LQC como parte del programa Qubits for Computing Foundry (QCF) a través de la Oficina de Investigación del Ejército de EE UU para proporcionar el nuevo chip cuántico de Intel a los laboratorios de investigación. La colaboración con LQC ayudará a democratizar los qubits de espín de silicio permitiendo a los investigadores adquirir experiencia práctica trabajando con matrices a escala de estos qubits. La iniciativa pretende reforzar el desarrollo de la mano de obra, abrir las puertas a nuevas investigaciones cuánticas y hacer crecer el ecosistema en general.

Los primeros laboratorios cuánticos que participarán en el programa son LPS, Sandia National Laboratories, la Universidad de Rochester y la Universidad de Wisconsin-Madison. El LQC trabajará junto con Intel para poner Tunnel Falls a disposición de otras universidades y laboratorios de investigación. La información obtenida de estos experimentos se compartirá con la comunidad para hacer avanzar la investigación cuántica y ayudar a Intel a mejorar el rendimiento y la escalabilidad de los qubits.

“El LPS Qubit Collaboratory, en asociación con la Oficina de Investigación del Ejército, pretende abordar los difíciles retos a los que se enfrenta el desarrollo de qubits y desarrollar la próxima generación de científicos que crearán los qubits del mañana”, declaró Charles Tahan, jefe de Ciencia de la Información Cuántica del LPS. “La participación de Intel es un hito importante para democratizar la exploración de qubits de espín y su promesa para el procesamiento de información cuántica y ejemplifica la misión de LQC de reunir a la industria, la academia, los laboratorios nacionales y el gobierno”, asegura Tahan.

“Sandia National Laboratories está encantada de ser receptora del chip Tunnel Falls. El dispositivo es una plataforma flexible que permite a los investigadores cuánticos de Sandia comparar directamente diferentes codificaciones de qubits y desarrollar nuevos modos de funcionamiento de estos, lo que no nos era posible anteriormente”, declaró el Dr. Dwight Luhman, miembro distinguido del personal técnico de Sandia National Laboratories. “Este nivel de sofisticación nos permite innovar en operaciones y algoritmos cuánticos novedosos en el régimen multi-qubit y acelerar nuestro ritmo de aprendizaje en sistemas cuánticos basados en silicio. La fiabilidad prevista de Tunnel Falls también permitirá a Sandia incorporar y formar rápidamente a nuevo personal que trabaje en tecnologías de qubits de silicio”, afirma Dwight.

Mark A. Eriksson, jefe de departamento y catedrático de Física John Bardeen del Departamento de Física de la Universidad de Wisconsin-Madison, declaró: "Los investigadores de la UW-Madison, con dos décadas de inversión en el desarrollo de qubits de silicio, están muy ilusionados por colaborar en el lanzamiento del LQC. La oportunidad de que los estudiantes trabajen con dispositivos industriales, que se benefician de la experiencia y la infraestructura microelectrónica de Intel, abre importantes oportunidades tanto para los avances técnicos como para la educación y el desarrollo de la mano de obra”.

Tunnel Falls es el primer dispositivo qubit de espín de silicio de Intel que se pone a disposición de la comunidad investigadora. Fabricado en obleas de 300 milímetros en la planta de fabricación D1, el dispositivo de 12 qubits aprovecha las capacidades de fabricación industrial de transistores más avanzadas de Intel, como la litografía ultravioleta extrema (EUV por sus siglas) y las técnicas de procesamiento de compuertas y contactos. En los qubits de espín de silicio, la información (el 0/1) se codifica en el espín (arriba/abajo) de un solo electrón. Cada dispositivo qubit es esencialmente un transistor de un solo electrón, lo que permite a Intel fabricarlo utilizando un flujo similar al empleado en una línea de procesamiento lógico de semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS, por sus siglas) estándar.

Intel cree que los qubits de espín de silicio son superiores a otras tecnologías de qubits por la sinergia que ofrece con los transistores de vanguardia. Al tener el tamaño de un transistor, son hasta un millón de veces más pequeños que otros tipos de qubits que miden aproximadamente 50 nanómetros cuadrados, lo que potencialmente permite un escalado eficiente. Según Nature Electronics, "el silicio puede ser la plataforma con mayor potencial para ofrecer computación cuántica a escala".

Además, la utilización de líneas de fabricación CMOS avanzadas permite a Intel utilizar técnicas innovadoras de control de procesos para mejorar el rendimiento y las prestaciones. Por ejemplo, el dispositivo Tunnel Falls de 12 qubits tiene una tasa de rendimiento del 95% en toda la oblea y una uniformidad de voltaje similar a la de un proceso lógico CMOS, y cada oblea proporciona más de 24.000 dispositivos de puntos cuánticos. Estos chips de 12 puntos pueden formar de cuatro a 12 qubits que pueden aislarse y utilizarse en operaciones simultáneamente dependiendo de cómo opere la universidad o el laboratorio sus sistemas.

De cara a futuro, Intel trabajará para mejorar el rendimiento de Tunnel Falls e integrarlo en su pila cuántica completa con el kit de desarrollo de software (SDK, por sus siglas) cuántico de Intel. Además, Intel ya está desarrollando su chip cuántico de próxima generación basado en Tunnel Falls; su lanzamiento está previsto para 2024. En el futuro, Intel tiene previsto asociarse con otras instituciones de investigación de todo el mundo para construir el ecosistema cuántico.

'Tunnel Falls' es el chip de qubit de espín de silicio más avanzado de Intel hasta la fecha y aprovecha las décadas de experiencia de la empresa en diseño y fabricación de este tipo de transistores. El lanzamiento del nuevo chip es el siguiente paso en la estrategia de Intel para construir un sistema de computación cuántica comercial completo. Aunque todavía quedan cuestiones y retos fundamentales por resolver en el camino hacia un ordenador cuántico tolerante a fallos, la comunidad académica puede ahora explorar esta tecnología y acelerar el desarrollo de la investigación”, comenta  Jim Clarke, director of Quantum Hardware de Intel.