خلاصه خبر:
افزایش مقیاس تراشه های پردازنده کوانتومی با کیوبیت های ابررسانا یا اسپینی به دلیل نیاز به اتصالات جداگانه برای هر کیوبیت چالش برانگیز است. هنگامی که با هزاران کیوبیت یا بیشتر سروکار داریم، این به یک مشکل مهم مهندسی مکانیک تبدیل می‌شود. شرکت‌هایی مانند مایکروسافت و گوگل در حال توسعه تراشه‌های کنترلی cryoCMOS هستند تا در نزدیکی تراشه‌های کیوبیتی در یخچال‌های رقیق‌سازی قرار گیرند، اما چالش اتصال همچنان باقی است. اینتل استراتژی تراشه کنترلی دو سطحی را معرفی کرده است. تراشه Horse Ridge II آنها با 4 کلوین کار می‌کند، در حالی که یک تراشه ساده‌تر میلی‌کلوین cryoCMOS به نام Pando Tree در کنار تراشه کیوبیت قرار دارد و با سیگنال‌های کمتر کنترل را مدیریت می‌کند و مشکلات گرما را کاهش می‌دهد. این رویکرد می تواند مقیاس پردازنده های کوانتومی را تا میلیون ها کیوبیت فعال کند.
توضیحات تکمیلی:
یکی از مشکلات مقیاس‌بندی تراشه‌های پردازنده کوانتومی با کیوبیت‌های ابررسانا یا اسپینی این است که برای کنترل کیوبیت‌ها، باید اتصالات جداگانه به هر یک از کیوبیت‌ها برای حمل سیگنال‌های کنترل الکتریکی هدایت شود. بنابراین وقتی تعداد کیوبیت‌ها به هزاران، ده‌ها هزار یا بیشتر می‌رسد، مهندسان سخت‌افزار کوانتومی با یک چالش بزرگ مهندسی مکانیکی در نحوه مسیریابی آن سیم‌ها مواجه می‌شوند.
چندین شرکت از جمله مایکروسافت، گوگل و سایرین روی تراشه‌های کنترل cryoCMOS کار می‌کنند که در داخل یخچال رقیق‌سازی کار می‌کنند تا بتوانند در نزدیکی تراشه‌های کیوبیت قرار گیرند. اما اغلب، این تراشه‌ها در دمای 4 درجه کلوین عمل می‌کنند در حالی که تراشه‌های کیوبیت در سردترین سطح یعنی حدود 10 میلی‌کلوین عمل می‌کنند. بنابراین اگرچه مشکل کاهش می‌یابد، مهندسان هنوز نیاز به توسعه روش‌هایی برای اتصال آخرین چند اینچ دارند.
اما اکنون اینتل یک ایده نوآورانه توسعه داده است که ممکن است بتواند راه‌حلی ارائه دهد. اولاً، آنها در حال کار بر روی ایجاد یک راه‌حل دو سطحی هستند که همچنان یک تراشه کنترل به نام Horse Ridge II دارد که در سطح 4 کلوین عمل می‌کند، اما در کنار آن، آنها یک تراشه ساده cryoCMOS به نام Pando Tree اضافه کرده‌اند که درست در کنار تراشه کیوبیت قرار می‌گیرد.
تراشه Pando ساده است و برای دو ولتاژ آنالوگ ورودی برای بایاس DC و پالس ولتاژ با سرعت بالا، دمولتی‌پلکسی را فراهم می‌کند. برای کنترل N کیوبیت، فقط log(N) عدد سیگنال‌های ورودی از تراشه Horse Ridge II نیاز دارد. همچنین راه‌حل خوبی است زیرا قسمت‌های مدار تراشه کنترلی مانند مبدل‌های D/A و A/D می‌توانند مقداری توان مصرف کنند و ظرفیت خنک‌سازی یخچال رقیق‌کننده در 10 میلی‌کلوین را تحت تأثیر قرار دهند. با قرار دادن آن قسمت‌های مدار در سطح 4 کلوین، ظرفیت خنک‌سازی به مراتب بیشتری برای مدیریت گرمای تولید شده توسط این مدارها وجود دارد. اینتل به دنبال استفاده از این استراتژی تراشه کنترلی دو سطحی برای مقیاس‌بندی پردازنده‌های کوانتومی خود به میلیون‌ها کیوبیت است.
اینتل یک بلاگ منتشر کرده است که این تراشه جدید و نحوه تناسب آن با معماری سیستم را توصیف می‌کند که می‌توانید اینجا مشاهده کنید. آنها همچنین یک ارائه در مورد این تراشه در 2024 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits داشتند و می‌توانید خلاصه‌ای از این سخنرانی را اینجا مشاهده کنید.
منبع
https://quantumcomputingreport.com/intel-discloses-millikelvin-cryocmos-control-chip-named-pando-tree/
