Tunnel Falls: Así es el Primer Chip Cuántico de Intel con 12 Qubits basado en Silicio

La computación cuántica será una de las revoluciones más importantes en el ámbito de la computación. Los bits tradicionales (0 o 1) que se representan en transistores convencionales darán lugar a los Qubits con los que conseguir potencias de cálculo muy superiores a las de los procesadores actuales gracias a su crecimiento exponencial, aunque también supondrá nuevos retos en otros sectores como la seguridad de los datos y la criptografía.

Las compañías más importantes relacionadas con la computación tradicional llevan tiempo ya investigando y desarrollando sus propias tecnologías y dispositivos para la era de la computación cuántica, e Intel es una de ellas. La compañía ya había desvelado su primer controlador Horse Ridge para computación cuántica criogénica y ahora presenta su primer chip cuántico para investigación: Tunnel Falls.

Intel ha aprovechado la tecnología CMOs basada en Silicio para sus Spin Qubits

Existen diferentes aproximaciones a la problemática de la computación cuántica (Bucles de superconductores, trampas iónicas, Qubits topológicos, qubits fotónicos, etc.) , y la que ha tomado Intel con Tunnel Falls es la de Silicon Quantum Dots, es decir,  utilizar el Silicio como base para su sistema de Spin Qubits en un chip de 12 qubits escalable y que, además, se puede configurar para utilizar menos qubits para tareas de investigación. 

Por tanto, tenemos un sistema de chips cuánticos basados en la tecnología CMOS actual que permite a Intel aprovechar sus instalaciones de fabricación propias para desarrollar estos chips cuánticos y poder desarrollar nuevas soluciones realizando pruebas directamente en la fábrica.

De hecho, la compañía ha conseguido un yield (número de chips funcionales por oblea) del 95%, una cifra muy alta y que representa los chips donde los 12 qubits son 100% funcionales. Por cada oblea de 300 mm se consiguen 24.000 puntos cuánticos para labores de investigación.

Estos chips y obleas se fabrican en la fábrica D1 mediante sistemas de litografía EUV (posiblemente con maquinaria de ASML)  como los que se utilizan en la fabricación de los procesadores convencionales más avanzados de la compañía.

Para poder probar estas obleas, Intel ha desarrollado una maquinaria exclusiva encargada de reducir a temperaturas extremas bajo cero las obleas y poder realizar pruebas a temperaturas tan bajas como los -271,55 ºC

La estructura interna del chip Tunnel Falls con la tecnología "Silicon Spin qubit" es similar a la que podemos ver en la siguiente imagen, donde en la parte inferior, para formar los distintos qubits, situados entre dos "puertas" encontramos los distintos electrones atrapados en una "puerta cuántica" y controlados mediante campos electromagnéticos que les permiten interactuar entre sí para realizar operaciones.

Se trata del primer procesador desarrollado por Intel con esta tecnología y está formado por un array de 12 spin qubits en cada chip. Además, esta tecnología permite que cada chip sea millones de veces más pequeño que los utilizados en otras aproximaciones como la de los Qubits Superconductores, por lo que se pueden desarrollar sistemas cuánticos escalables de manera más sencilla y en mucho menos espacio con muchos más qubits y potencias exponencialmente mucho mayores que los procesadores actuales de cara al futuro

El chip cuántico Tunel Falls se combina con su propio controlador cuántico Horse Ridge II, el sucesor de Horse Ridge, y distintos compiladores, runtimes, SDKs cuánticos y algoritmos para ofrecer una plataforma de investigación completa y funcional que estará disponible para investigadores y universidades.

Tunnel Falls está ya disponible para universidades y laboratorios de investigación cuántica desde hoy mismo. Intel espera que la próxima generación de chips basados en Tunnel Falls llegue en 2024, mientras que el desarrollo de soluciones comerciales está previsto para la próxima década.

Intel ha habilitado un portal dedicado a sus progresos en computación cuántica en intel.com/quantum.

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