Intel ha lanzado su nuevo chip enfocado a la investigación cuántica, Tunnel Falls, su primer dispositivo qubit de espín de silicio, que ha puesto a disposición de la comunidad académica para explorar esta tecnología y acelerar el desarrollo de la investigación.
Un qubit (o bit cúantico) es la unidad básica de información en la computación cuántica. Mientras un bit solo puede representar un único valor binario -es decir, 0 o 1- el qubit puede representar un 0, un 1 o cualquier proporción de 0 y 1 en la superposición de ambos estados.
De esta forma, permite que los algoritmos cuánticos procesen la información en un tiempo mucho menor que el tiempo que requiere un sistema clásico. Por ello, la computación cuántica se está utilizando para llevar a cabo descubrimientos en distintos campos como la asistencia sanitaria, la energía o los sistemas ambientales.
En este marco, Intel ha lanzado Tunnel Falls que, según describe en un comunicado, se trata del primer dispositivo qubit de espín de silicio de la compañía. En concreto, se trata de un chip de silicio de 12 qubits fabricado en obleas de 300 milímetros en la planta de fabricación D1.
Este dispositivo aprovecha las capacidades de fabricación industrial de transistores más avanzadas de Intel, con tecnologías como la litografía ultravioleta extrema (EUV) y las técnicas de procesamiento de compuertas y contactos.
Tal y como explica Intel, en el caso de los qubits de espín de silicio, la información -los 0 y 1- se codifica en el espín (arriba o abajo) de un solo electrón. Esto se traduce en que cada dispositivo qubit es «esencialmente un transistor de un solo electrón». Gracias a ello, Intel puede fabricarlo utilizando un flujo similar al empleado en una línea de procesamiento lógico de semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS).
Además, otra de las ventajas de los qubits de espín de silicio, es que superan a otras tecnologías de qubits por «la sinergia que ofrece con los transistores de vanguardia». Esto se debe a que tienen el tamaño de un transistor y, por tanto, son «hasta un millón de veces más pequeños» que otros tipos de qubits, que miden alrededor de 50 nanómetros cuadrados. El tamaño de los qubits de espín de silicio permite así un escalado «más eficiente», según Intel.
Siguiendo esta línea, Intel también se beneficia al poder utilizar líneas de fabricación CMOS para producir este chip, ya que le permite utilizar técnicas «innovadoras» de control de procesos para "mejorar el rendimiento y las prestaciones".
De hecho, en el caso de Tunnel Falls de 12 qubits, se ha conseguido una tasa de rendimiento del 95 por ciento en toda la oblea, así como una uniformidad de voltaje parecida a la de los procesos lógicos CMOS. Asimismo, cada oblea proporciona 24.000 dispositivos de puntos cuánticos.
Por todo ello, tal y como ha manifestado el director de Quantum Hardware de Intel, Jim Clarke, el lanzamiento del nuevo chip es "el siguiente paso en la estrategia de Intel para construir un sistema de computación cuántica comercial completo".
Colaboración con la comunidad de investigación cuántica
Intel ha puesto Tunnel Falls a disposición de la comunidad de investigación cuántica de cara a fomentar el desarrollo de esta tecnología, facilitando su investigación. Para ello, la compañía está colaborando con el Laboratorio de Ciencias físicas (LPS) de la Universidad de Maryland y con el College Park's Qubit Collaboratory (LQC).
Según ha detallado la tecnológica, las instituciones académicas no disponen de equipos de fabricación de gran volumen como Intel. En este sentido, facilitando Tunnel Falls, los investigadores puede comenzar a trabajar con este chip en sus proyectos de computación cuántica, en lugar de tener que fabricar los suyos propios.
Como consecuencia, esta colaboración hace posible una gama más amplia de experimentos, aprender más sobre los fundamentos de los qubits y los puntos cuánticos y desarrollar nuevas técnicas para trabajar con dispositivos con múltiples qubits, según ha matizado Intel.
En concreto, Intel colabora con LQC en el programa, Qubits for Computing Foundry (QCF) a través de la Oficina de Investigación del Ejército de Estados Unidos. Con esta cooperación, se ayudará a democratizar los qubits de espín de silicio permitiendo a los investigadores adquirir experiencia en el trabajo con esta tecnología.
Los primeros laboratorios cuánticos que participarán en el programa son el LPS, Sandia National Laboratories, la Universidad de Rochester y la Universidad de Wisconsin-Madison. Pero, además, LQC continua trabajando con Intel para hacer llegar Tunnel Falls a otras universidades y laboratorios de investigación. Igualmente, la información obtenida en estas investigaciones y experimentos se compartirá con la comunidad para que el avance sea aún mayor.
Por su parte, el jefe de Ciencia de la Información Cuántica de LPS, Charles Tahan, ha detallado que el LPS Qubit Collaboratory, junto con la Oficina de Investigación del Ejército, pretende abordar los «difíciles retos a los que se enfrenta el desarrollo de qubits», así como «desarrollar la próxima generación de científicos que crearán los qubits del mañana».
De la misma forma, desde Sandia National Laboratories se ha puesto en valor la posibilidad de utilizar el 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 era posible anteriormente", ha dicho el doctor y miembro del equipo técnico Dwight Luhman.