Uma representação esquemática mostra um elétron sob portões de ponto quântico de 12 qubits. Produzido em wafers de 300 milímetros, o Tunnel Falls utiliza as capacidades de fabricação de transistores mais avançadas da Intel, como a litografia de ultravioleta extrema (EUV) e técnicas avançadas de processamento de materiais. Isso torna o chip um transistor de elétron único e permite que a Intel fabrique o Tunnel Falls com poucas alterações em uma linha de processamento de lógica de semicondutores complementares de óxido metálico (CMOS) padrão. (Crédito: Intel Corporation)
Uma foto mostra o chip Intel Tunnel Falls em sua embalagem. Tunnel Falls é o primeiro dispositivo de qubit de spin de silício lançado para institutos de pesquisa e universidades. Ele é fabricado em wafer de 300 milímetros e utiliza as capacidades de fabricação de transistores mais avançadas da Intel. (Crédito: Intel Corporation)
Uma foto mostra um dos chips Tunnel Falls da Intel sobre um dedo humano para exibir sua escala. Os qubits de spin de silício são até 1 milhão de vezes menores do que outros tipos de qubits. O chip Tunnel Falls tem aproximadamente 50 nanômetros quadrados, o que pode permitir uma escalabilidade mais rápida. (Crédito: Intel Corporation)
Uma foto mostra uma visão ampliada do chip Tunnel Falls da Intel. O Tunnel Falls oferece uma taxa de rendimento de 95% em toda a pastilha e uniformidade de tensão semelhante a um processo lógico CMOS. Uma pastilha fornece 24.000 chips de teste de pontos quânticos com um rendimento de 99,8% ajustados ao nível de elétron único. Esses chips de 12 pontos quânticos podem formar entre quatro a 12 qubits, que podem ser isolados e usados em operações simultaneamente, dependendo de como uma universidade ou laboratório opera seus sistemas. (Crédito: Intel Corporation)
O que há de novo: Hoje, a Intel anunciou o lançamento de seu mais novo chip de pesquisa quântica, Tunnel Falls, um chip de silício de 12 qubits, e está disponibilizando o chip para a comunidade de pesquisa quântica. Além disso, a Intel está colaborando com o Laboratório de Ciências Físicas (LPS) da Universidade de Maryland, o Qubit Collaboraty (LQC) da College Park, um centro de pesquisa de ciências da informação quântica (QIS) de nível nacional, para avançar na pesquisa em computação quântica.
"Tunnel Falls é o chip de qubit de spin de silício mais avançado da Intel até o momento e se baseia nas décadas de experiência da empresa em design e fabricação de transistores." O lançamento do novo chip é o próximo passo na estratégia de longo prazo da Intel para construir um sistema completo de computação quântica comercial. Embora ainda existam questões e desafios fundamentais a serem resolvidos ao longo do caminho para um computador quântico tolerante a falhas, a comunidade acadêmica agora pode explorar essa tecnologia e acelerar o desenvolvimento da pesquisa."
Por que isso importa: Atualmente, as instituições acadêmicas não possuem equipamentos de fabricação de alto volume como a Intel. Com Tunnel Falls, os pesquisadores podem começar imediatamente a trabalhar em experimentos e pesquisas, em vez de terem que fabricar seus próprios dispositivos. Como resultado, uma variedade maior de experimentos se torna possível, incluindo aprender mais sobre os fundamentos dos qubits e dos pontos quânticos, além de desenvolver novas técnicas para trabalhar com dispositivos com vários qubits.
Para abordar essa questão ainda mais, a Intel está colaborando com a LQC como parte do programa Qubits for Computing Foundry (QCF), por meio do U.S. Army Research Office, para fornecer o novo chip quântico da Intel para laboratórios de pesquisa. A colaboração com a LQC ajudará a democratizar os qubits de spin de silício, permitindo que os pesquisadores adquiram experiência prática ao trabalhar com matrizes ampliadas desses qubits. A iniciativa procura fortalecer o desenvolvimento da força de trabalho, abrir as portas para novas pesquisas quânticas e expandir o ecossistema quântico na totalidade.
Os primeiros laboratórios quânticos a participar do programa incluem LPS, Sandia National Laboratories, a University of Rochester e a University of Wisconsin-Madison. LQC trabalhará em conjunto com a Intel para disponibilizar Tunnel Falls para universidades e laboratórios de pesquisa adicionais. As informações obtidas desses experimentos serão compartilhadas com a comunidade para avançar a pesquisa quântica e ajudar a Intel a melhorar o desempenho e a escalabilidade dos qubits.
"O LPS Qubit Collaboratory, em parceria com o Army Research Office, busca enfrentar os desafios complexos no desenvolvimento de qubits e formar a próxima geração de cientistas que criarão os qubits do futuro", afirmou Charles Tahan, chefe de Ciência da Informação Quântica do LPS. "A participação da Intel é um marco importante para democratizar a exploração dos spins qubits e seu potencial para processamento de informações quânticas, exemplificando a missão da LQC de unir indústria, academia, laboratórios nacionais e governo."
O Dr. Dwight Luhman, membro distinto da equipe técnica do Sandia National Laboratories, disse: "O Sandia National Laboratories está empolgado por ser um receptor do chip Tunnel Falls. O dispositivo é uma plataforma flexível que permite aos pesquisadores quânticos do Sandia comparar diretamente diferentes codificações de qubits e desenvolver novos modos de operação de qubits, o que não era possível para nós anteriormente. Esse nível de sofisticação nos permite inovar em operações quânticas e algoritmos no regime de vários qubits e acelerar nossa taxa de aprendizado em sistemas quânticos baseados em silício. A esperada confiabilidade do Tunnel Falls também permitirá que o Sandia integre e treine rapidamente novos funcionários que trabalham em tecnologias de qubits de silício.
Mark A. Eriksson, chefe de departamento e professor John Bardeen de Física no Departamento de Física da Universidade de Wisconsin-Madison, disse: "Os pesquisadores da UW-Madison, com duas décadas de investimento no desenvolvimento de qubits de silício, estão muito animados em fazer parceria no lançamento da LQC. "A oportunidade de os estudantes trabalharem com dispositivos industriais, que se beneficiam da experiência em microeletrônica e infraestrutura da Intel, abre importantes oportunidades tanto para avanços técnicos quanto para educação e desenvolvimento da força de trabalho."
Sobre Tunnel Falls: Tunnel Falls é o primeiro dispositivo qubit de giro de silício da Intel lançado para a comunidade de pesquisa. Fabricado em wafers de 300 milímetros na instalação de fabricação D1, o dispositivo de 12 qubits aproveita as capacidades de fabricação industrial de transistores mais avançadas da Intel, como a litografia por ultravioleta extrema (EUV) e técnicas de processamento de portas e contatos. Nos qubits de spin de silício, a informação (o 0/1) é codificada no spin (para cima/para baixo) de um único elétron. Cada dispositivo de qubit é essencialmente um transistor de elétron único, o que permite que a Intel o fabrique usando um fluxo semelhante ao utilizado em uma linha de processamento lógico de semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) padrão.
A Intel acredita que os qubits de spin de silício são superiores a outras tecnologias de qubit devido à sua sinergia com transistores de última geração. Por terem o tamanho de um transistor, eles são até 1 milhão de vezes menores do que outros tipos de qubits, medindo aproximadamente 50 nanômetros por 50 nanômetros, o que potencialmente permite uma escalabilidade eficiente. De acordo com a Nature Electronics, "O silício pode ser a plataforma com o maior potencial para fornecer computação quântica escalonável".
Ao mesmo tempo, o uso de linhas avançadas de fabricação de CMOS permite que a Intel utilize técnicas inovadoras de controle de processo para possibilitar o rendimento e o desempenho. Por exemplo, o dispositivo Tunnel Falls de 12 qubits tem uma taxa de rendimento de 95% entre wafer e uniformidade de tensão semelhante a um processo lógico de CMOS, e cada wafer fornece mais de 24.000 dispositivos de ponto quântico. Esses chips de 12 pontos podem formar entre quatro e 12 qubits, que podem ser isolados e usados em operações simultaneamente, dependendo de como a universidade ou laboratório opera seus sistemas.
O que vem a seguir: A Intel trabalhará continuamente para melhorar o desempenho da Tunnel Falls e integrá-la à sua pilha quântica completa com o Kit de desenvolvimento de software Intel Quantum (SDK). Além disso, a Intel já está desenvolvendo seu chip quântico de última geração baseado em Tunnel Falls; ele deve ser lançado em 2024. No futuro, a Intel planeja fazer parcerias com instituições de pesquisa adicionais globalmente para construir o ecossistema quântico.
Download do vídeo: "Laboratório de computação quântica em Oregon (B-Roll)"
Mais contexto: Backgrounder de computação quântica da Intel Labs | Intel Labs (Kit de imprensa)
Histórias de clientes Intel: Destaque do cliente Intel no Intel.com | Histórias de clientes na redação da Intel