Intel presenta il chip Tunnel Falls e spinge sulla computazione quantistica
Basato sui qubit di spin di silicio segna il passaggio del quantum computer dal settore della ricerca a quello industriale
Pubblicato il 27 Giu 2023
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Intel annuncia Tunnel Falls, un chip quantistico di ricerca composto da 12 qubit. Questo importante passo avanti segna un punto di svolta significativo nella computazione quantistica, un campo che ha fatto enormi passi avanti nel passare da una teoria accademica astratta a una tecnologia pratica e tangibile con un potenziale rivoluzionario.
Indice degli argomenti:
- Tunnel Falls, cos’è
- Dalla ricerca all’industria
- La comunicazione quantistica
- Il potenziale della computazione quantistica
- La computazione quantistica come l’AI
- Conclusioni
Tunnel Falls, cos’è
Il chip Tunnel Falls, progettato e sviluppato con la cura e l’esperienza tipiche di Intel, è basato sui qubit di spin di silicio. Questo tipo di qubit rappresenta un notevole balzo in avanti nel campo della computazione quantistica. Intel ha utilizzato la sua vasta esperienza nella progettazione e produzione di semiconduttori per sviluppare il chip Tunnel Falls, sfruttando le ultime innovazioni nei materiali e nel design dei gate. Ha inoltre beneficiato di tecnologie all’avanguardia, come la litografia a ultravioletti estremi, che hanno contribuito a rendere possibile questo notevole progresso.
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Il chip Intel Tunnel Falls nella confezione. Tunnel Falls è il primo dispositivo di spin qubit in silicio rilasciato a istituti di ricerca e università. È fabbricato su wafer da 300 millimetri e sfrutta le funzionalità di fabbricazione dei transistor più avanzate di Intel. (Credito: Intel Corporation)
Tunnel Falls visto da Intel
Tunnel Falls è il primo dispositivo Intel spin qubit in silicio rilasciato alla comunità di ricerca. Realizzato su wafer da 300 millimetri nell’impianto di fabbricazione D1, il dispositivo a 12 qubit sfrutta le più avanzate capacità di fabbricazione industriale dei transistor di Intel, come la litografia ultravioletta estrema (EUV) e le tecniche di elaborazione di gate e contatti. Nei qubit di spin al silicio, l’informazione (0/1) è codificata nello spin (su/giù) di un singolo elettrone. Ogni dispositivo qubit è essenzialmente un singolo transistor elettronico, che consente a Intel di fabbricarlo utilizzando un flusso simile a quello utilizzato in una linea di elaborazione logica CMOS (complementary metal oxide semiconductor) standard.
Una vista ingrandita del chip Tunnel Falls di Intel. Tunnel Falls fornisce un tasso di rendimento del 95% attraverso il wafer e uniformità di tensione simile a un processo logico CMOS. Un wafer fornisce 24.000 chip di test a punti quantici con una resa del 99,8% sintonizzata a livello di singolo elettrone. Questi chip a 12 punti possono formare da quattro a 12 qubit che possono essere isolati e utilizzati in operazioni contemporaneamente a seconda di come un’università o un laboratorio gestisce i suoi sistemi. (Credito: Intel Corporation)
Intel ritiene che i qubit di spin al silicio siano superiori ad altre tecnologie qubit grazie alla loro sinergia con transistor all’avanguardia. Avendo le dimensioni di un transistor, sono fino a 1 milione di volte più piccoli di altri tipi di qubit che misurano circa 50 nanometri per 50 nanometri, consentendo potenzialmente un ridimensionamento efficiente. Secondo Nature Electronics, “Il silicio potrebbe essere la piattaforma con il maggior potenziale per fornire un calcolo quantistico scalabile”.
Allo stesso tempo, l’utilizzo di linee di fabbricazione CMOS avanzate consente a Intel di utilizzare tecniche di controllo dei processi innovative per consentire rendimenti e prestazioni. Ad esempio, il dispositivo Tunnel Falls 12 qubit ha un tasso di rendimento del 95% attraverso il wafer e un’uniformità di tensione simile a un processo logico CMOS e ogni wafer fornisce oltre 24.000 dispositivi a punti quantici. Questi chip a 12 punti possono formare da quattro a 12 qubit che possono essere isolati e utilizzati in operazioni contemporaneamente a seconda di come l’università o il laboratorio gestisce i suoi sistemi.
Nonostante “Tunnel Falls” rappresenti solo un singolo componente nel vasto puzzle della futura computazione quantistica, la sua introduzione è di fondamentale importanza. Il chip non è solo un prodotto tangibile, ma anche un catalizzatore per la crescita e la comprensione dell’intero settore. Con l’obiettivo di accelerare la ricerca e l’innovazione nel campo della computazione quantistica, Intel ha collaborato con il Quantum Collaboratory (LQC) dell’Università del Maryland per rendere “Tunnel Falls” accessibile a un numero sempre crescente di laboratori di ricerca in tutto il mondo.
Dalla ricerca all’industria
Questo annuncio rappresenta un cambiamento di paradigma nella computazione quantistica. Ciò che era una volta un campo di ricerca limitato agli ambienti accademici sta ora diventando una realtà industriale. Questa transizione indica un futuro in cui la computazione quantistica diventa una tecnologia pratica, disponibile a un ampio pubblico e fondamentale per una vasta gamma di applicazioni.
L’opinione del CNR
“Non ci sono ancora molti dettagli su questo nuovo chip, ma certamente avrà costi di produzione enormemente più bassi dei chip a superconduttori di Google o Ibm”, ha dichiarato all’ANSA il direttore dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Francesco Saverio Cataliotti.
“Forse non è un chip adatto al lavoro di centri di ricerca come il nostro – ha concluso Cataliotti – ma è di certo interessante per aziende che vogliono capire se e come integrare la computazione quantistica nei loro processi”.
Una rappresentazione schematica mostra un elettrone sotto porte di punti quantici a 12 qubit. Realizzato su wafer da 300 millimetri, Tunnel Falls sfrutta le funzionalità di fabbricazione dei transistor più avanzate di Intel, come la litografia ultravioletta estrema (EUV) e le tecniche avanzate di lavorazione dei materiali. Ciò rende il chip un transistor a singolo elettrone e consente a Intel di fabbricare Tunnel Falls con poche modifiche a una linea di elaborazione logica CMOS (complementary metal oxide semiconductor) standard. (Credito: Intel Corporation)
Negli ultimi anni, abbiamo assistito all’esplosione dell’intelligenza artificiale, un movimento alimentato principalmente da innovazioni nel campo dei processori grafici (GPU). L’AI ha reso possibile l’apprendimento profondo, trasformando l’impensabile in realtà quotidiana. Ora, con l’introduzione del chip Tunnel Falls, sembra che sia la computazione quantistica a essere sulla soglia di una nuova rivoluzione tecnologica, potenzialmente ancora più profonda e trasformativa.
La computazione quantistica, a differenza della computazione classica, utilizza qubit anziché bit. Mentre i bit dei computer classici possono esistere solo in uno stato definito di 0 o 1, i qubit possono esistere in uno stato di sovrapposizione, consentendo loro di essere sia 0 che 1 contemporaneamente. Questa straordinaria capacità consente ai computer quantistici di eseguire molteplici calcoli simultaneamente, permettendo loro di risolvere problemi complessi molto più rapidamente di un computer classico.
Nel 2023, l’industria della computazione quantistica è in continua evoluzione, con le aziende che si spostano da una competizione per i processori quantistici più grandi a un focus su sistemi più applicabili. In particolare, la “modularità”, l’idea di collegare diversi processori quantistici per creare un sistema più grande e potente, guida il progresso. È qui che il chip Tunnel Falls di Intel si posiziona in modo unico nel panorama. Se confrontato con l’approccio di IBM con il suo processore Heron, che ha un’architettura modulare con 133 qubit di altissima qualità, Tunnel Falls sembra puntare su un diverso approccio tecnologico.
La comunicazione quantistica
Oltre a ciò, anche la comunicazione quantistica, fondamentale per il trasferimento coeso di qubit su grandi distanze, è diventata un elemento chiave dello sviluppo della computazione quantistica. Insieme a questo, l’industria sta iniziando a deviare dai computer quantistici a scala intermedia rumorosi (NISQ) verso un crescente interesse per l’implementazione di tecniche di correzione degli errori. Qui, Google Quantum AI e Quantinuum hanno dimostrato che i qubit possono essere raggruppati in insiemi che correggono gli errori, e sia IBM che IonQ stanno lavorando su metodi per rendere i computer quantistici “resistenti ai guasti” senza eccessivi costi aggiuntivi. Questi sviluppi evidenziano quanto sia critica la correzione degli errori nel campo della computazione quantistica, un’area in cui il chip Tunnel Falls di Intel potrebbe dover dimostrare la sua efficacia. Infine, è importante sottolineare l’urgente necessità di sviluppare ulteriormente gli strumenti di programmazione quantistica, attualmente limitati rispetto alle esigenze future, un’area in cui ogni nuovo chip, inclusa la “Tunnel Falls”, avrà un ruolo da giocare.
Il potenziale della computazione quantistica
Il potenziale rivoluzionario della computazione quantistica porta con sé anche delle sfide significative. Ad esempio, la capacità di fattorizzare un numero molto grande in numeri primi, una procedura che richiede un tempo considerevole ai computer classici, potrebbe essere eseguita molto più rapidamente da un computer quantistico. Questo potrebbe aprire nuove opportunità nel campo della crittografia, ma potrebbe anche minacciare la sicurezza delle transazioni online e dei dati protetti dalla crittografia attuale.
Scoperta di nuovi farmaci
Immagina un labirinto di enorme complessità. Mentre un computer classico dovrebbe esplorare ogni singolo percorso in sequenza, un computer quantistico ha la capacità di esaminare tutti i percorsi simultaneamente. Questo potrebbe accelerare la scoperta di nuovi farmaci nell’industria farmaceutica, permettendo di esaminare molteplici composti e reazioni simultaneamente. Tuttavia, potrebbe anche permettere un’analisi dei dati personali su una scala mai vista prima, sollevando preoccupazioni serie e legittime sulla privacy dei cittadini.
Finanza
Nel settore finanziario, la computazione quantistica ha il potenziale di rivoluzionare la gestione dei portafogli di investimento. Pensiamo a un portafoglio di investimenti con migliaia di opzioni tra cui scegliere. Un computer quantistico, con la sua capacità di esaminare molte combinazioni contemporaneamente, potrebbe accelerare enormemente questo processo, offrendo agli investitori una visione più precisa e rapida su come gestire i loro portafogli. Tuttavia, questo potrebbe anche creare opportunità per abusi, come permettere ai trader abituali di ottenere un vantaggio ancora maggiore a spese di investitori individuali e della stabilità del mercato.
La computazione quantistica come l’AI
Guardando all’ascesa dell’intelligenza artificiale come modello, possiamo aspettarci che i progressi nella computazione quantistica portino a un cambiamento simile nel panorama tecnologico. Così come l’AI ha trasformato il modo in cui interagiamo con la tecnologia e ha aperto nuove possibilità in settori come la salute, l’istruzione e l’industria, la computazione quantistica potrebbe aprire la strada a innovazioni altrettanto rivoluzionarie.
Il cammino verso una computazione quantistica ampiamente accessibile e utilizzata è ancora lungo e pieno di ostacoli. La creazione di un chip quantistico stabile e funzionale è un compito difficile che richiede una notevole quantità di ricerca e sviluppo. Inoltre, la natura stessa della computazione quantistica pone sfide significative, dal mantenimento della coerenza dei qubit all’interfacciamento dei computer quantistici con i sistemi classici.
Video Intel
Conclusioni
Nonostante queste sfide, l’ascesa della computazione quantistica è un evento eccitante e rivoluzionario. Con il potenziale di cambiare non solo il modo in cui viviamo e lavoriamo, ma anche la nostra comprensione dell’universo, la computazione quantistica promette di essere una delle tecnologie più trasformative del nostro tempo. Con ogni passo avanti, ci avviciniamo a un futuro in cui la computazione quantistica diventa parte integrante della nostra vita quotidiana. Questo futuro potrebbe essere più vicino di quanto pensiamo.
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