2019 년 12 월 11 일 인텔 연구원은 최초의 저온 제어 칩인 ‘Horse Ridge’를 출시했다고 발표했다. 이 칩은 다중 큐 비트의 제어를 실현한 풀 스택 양자 컴퓨팅 시스템의 개발을 가속화할 수 있고, 심지어 양자 실용성으로 가는 길에서의 중요한 이정표라고 불리워진다.
2020 년 2 월 18 일, Intel 연구원 연합QuTech (네덜란드Delft University 이공대학과 네덜란드 국립 응용 과학 아카데미가 연합 창립)는 샌프란시스코에서 열린 ISSCC 2020 국제 반도체 회로 회의에서 연구 보고서를 발표했고, 최초로 새로운 저온 양자 제어 칩 ‘Horse Ridge’의 많은 주요 기술적 특징을 노출했다.
이러한 기능을 기반으로 인텔은 강력한 양자 시스템을 구축하는데 있어 일련의 주요 과제를 해결하여 확장성, 유연성, 및 충실도를 포함한 양자 실용성을 크게 향상시켰다.
인텔은 양자 실용성을 구현하는 것이 긴 마라톤임을 강조했으며 양자 연구계는 현재에서야 이 마라톤의 첫 1kmfmf 막 완성했다. 양자 컴퓨팅을 실제 문제에 적용하려면 이러한 큐 비트를 제어하고 높은 충실도를 보장하면서 수천 큐 비트로 확장할 수 있어야한다.
Horse Ridge는 고도로 집성된 SoC 칩상의 시스템을 사용하여 설정 시간을 단축하고, 현재 양자 시스템을 실행하는 데 필요한 복잡한 제어 전자 장치를 크게 단순화하고, 큐 비트 성능을 개선하는 동시에 시스템을 양자 컴퓨팅 요구에 맞게 효율적으로 확장하여 실제 존재하는 현실 응용문제를 해결하기 쉽도록 했다.
Horse Ridge의 핵심 기술 세부 정보:
확장성:
Intel 22nm FFL (FinFET 저전력) CMOS 프로세스, 통합 SoC 설계를 사용하여 제조된 4 개의 RF 채널이 하나의 장치에 통합되어 있다.
‘주파수 재사용’기술을 사용하여 각 채널은 최대 32 큐 비트를 제어할 수 있다. 이 기술은 다중 기저 대역 신호를 일련의 겹치지 않는 주파수 대역으로 변조하며 각각은 단독 신호를 전송하는 데 사용된다.
이 4 개의 채널을 이용하여, Horse Ridge는 단일 장치에서 최대 128 큐 비트를 제어하여 필요한 케이블 및 기계틀 몸체 수량을 현저하게 줄인다.
충실도:
큐 비트 수의 증가는 양자 시스템의 용량 및 작동에 문제를 야기하는 다른 문제를 야기할 수 있으며, 잠재적 영향 중 하나는 큐 비트 충실도 및 성능 저하다.
사진 1) 출처: 콰이커지(快科技)。Intel Research의 수석 엔지니어인
Stefano Pellerano가 손으로 Horse Ridge 칩을 들고 있다.
Horse Ridge는 시스템 확장을 지원하고 ‘위상 이동’오류를 줄이기 위해 주파수 재사용 기술을 최적화했다. 위상 편이는 여러 큐 비트가 다른 주파수에서 제어될 때 발생하는 현상으로, 큐 비트간에 누화를 일으킬 수 있다.
Horse Ridge가 사용하는 다중 주파수는 높은 정확도로 ‘조정’될 수 있으며, 동일한 RF 라인으로 다중 큐 비트를 제어할 때 양자 시스템이 위상 시프트를 자동으로 수정하고 수정함으로써 양자 게이트의 충실도를 향상시킨다.
유연성:
Horse Ridge는 넓은 주파수 범위를 커버할 수 있으며 초전도 큐 비트 (전송기) 및 스핀 큐 비트를 제어할 수 있다.
반송파 주파수는 일반적으로 약 6-7GHz이고 스핀 큐 비트 주파수는 약 13-20GHz다.
인텔은 최대 1 켈빈 (섭씨 272.15도)의 온도에서 작동할 수 있는 실리콘 스핀 큐 비트를 연구하고 있다.
이 연구의 기반을 바탕으로 인텔은 실리콘 스핀 큐 비트 장치와 Horse Ridge의 저온 컨트롤러를 성공적으로 통합하여 큐 비트 및 제어 장치를 소형 패키지에 통합할 것으로 예상된다.
인텔 연구원의 양자 하드웨어 총감 Jim Clarke는 ‘현재 양자 연구자들은 규모가 비교적 적은 큐 비트를 사용하여 복잡한 제어 및 상호 연결 메커니즘을 갖춘 더 작은 맞춤형 시스템을 사용하고 있다. 양자의 실용성을 달성하기 위해서는 수천 큐 비트가 필요하며, 우리는 규모를 수천 큐 비트로 체계적으로 확장함으로써 상업적으로 실행 가능한 양자 컴퓨터를 미래에 현실로 만들기 위해 꾸준히 발전하고 있다. ‘라고 말했다.
사진 2) 출처: 봉황과기
