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Intel nennt Details zum Quantencomputer-Controller Horse Ridge

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horse-ridgeBereits Ende des vergangenen Jahres vermeldete Intel einen Fortschritt in der Kontrolle und Auswertung von Quantencomputern. Der damals vorgestellte Horse Ridge getaufte Chip wurde von QuTech, einer Partnerschaft zwischen der TU Delft und der TNO (Netherlands Organization for Applied Scientific Research), entwickelt.

Horse Ridge soll das Problem lösen, dass viele Komponenten der Signalauswertung sehr dicht an den eigentlichen Qubits betrieben werden müssen. Die für den Betrieb niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt sowie die für die Sensorik notwendigen Verdrahtungen sind dafür verantwortlich, dass Quantensysteme noch nicht über mehrere Dutzend QuBits hinausgewachsen sind.

Auf der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2020 in San Francisco hat Intel nun weitere Details zum Horse Ridge System on Chip (SoC) verraten. So wird Horse Ridge in 22 nm FFL (FinFET Low Power) in der CMOS-Technologie bei Intel gefertigt. Die Größe des Chips beträgt 4 x 4 mm, also 16 mm². In der Funktion bietet Horse Ridge vier Kanäle für Radiofrequenzen (RF), die jeweils 32 Qubits in der Frequenz multiplexen können. Dies bedeutet, dass eine Trägerfrequenz in 32 Signalbänder aufgeteilt wird, die jeweils ein separates Signal übertragen können. Horse Ridge kann somit 128 Qubits auslesen (4x 32). Die Multiplex-Technologie von Intel soll den sogenannten Phase Shift, der für ein Übersprechen sorgt, weitestgehend verhindern können.

Horse Ridge kann sowohl mit sogenannten Transmons (superleitenden Qubits bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt) als auch Spin Qubits, die bei höheren Temperaturen arbeiten können, zusammenarbeiten. Transmons arbeiten typischerweise bei 6 bis 7 GHz, während die Spin Qubits bei 13 bis 20 GHz arbeiten. Laut Intel kann Horse Ridge aber Signale im Bereich von 2 bis 20 GHz verarbeiten. Daher müssen auch die Transceiver in Horse Ridge angepasst werden. Intel forscht derzeit verstärkt an den Spin Qubits. Wenn hier von höherer Temperatur die Rede ist, sprechen wir von 1 K, während Transmons bei etwa 13 mK betrieben werden müssen.

Die Signalauswertung erfolgt schlussendlich mit 18 GBit/s und speichert die Daten in einem On-Chip SRAM. Die Abtastrate beträgt 41 μs und per Look-Up Table (LUT) kann auf acht Instruktionen pro Qubit referenziert werden. Die Nutzung des LUT reduziert die erforderliche Datenrate zum Controller auf etwa 1 kBit/s.

Intel investiert wie viele andere Unternehmen derzeit kräftig in Quanten-Computer. Erst kürzlich wurde ein "Durchbruch" in diesem Segment vermeldet, der sich bei genauer Betrachtung als Spezialfall herausstellt und der eben doch keinen echten Durchbruch darstellt. Jim Keller, aktuell bei Intel als Chipdesigner angestellt, erzählt auf die Frage, ob Quantencomputer die Zukunft sind, immer gerne die Geschichte eines befreundeten Entwicklers, der an Quantencomputern forscht und der sich selbst die Frage stellt, ob diese kein Betrug sind. Noch immer sind die Ergebnisse in Entwicklung nicht ganz eindeutig. Aber wie gesagt, dies hält viele große Unternehmen nicht davon ab weiter an der Technologie zu arbeiten.

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