Horse Ridge: Karmaşık Kuantum Donanımlarından Minimal Tasarımlara ilk Adım
Klasik bilgisayarların hızını üssel şekilde katlayacak işlemler yapabilecek kuantum bilgisayarların daha kullanışlı hale gelmesi için inovatif çalışmalar tüm hızıyla devam ediyor. Ancak kuantum bilgisayarlarda kullanılan hassas kubitlerin dış etkilerden etkilenmemesi ve olası hataların en aza indirgenmesi için kubitler soğutucular içinde tutuluyor. Öte yandan kuantum bilgisayarlardaki geri kalan elektronik sistem bu kadar soğuk bir ortamda içinde çalışamıyor. Bu sebeple günümüzde yapılan kuantum bilgisayarlarda soğutucu içindeki kubitler, soğutucu dışındaki bilgisayar donanımına kablolarla bağlanıyor. Günümüz kuantum bilgisayarlarının genel olarak 100 kubit altında olduğu düşünüldüğünde bu işlem kabul edilebilir görünse de kubit sayısı artıkça bu yapının uygulanabilirliği düşüyor. Yüksek kubit sayısı ile karmaşık donanımlı yapıları kurmak çok daha zorlaşıyor. İşte bu sebeple pratik sistem arayışları sürüyor. Kablo karmaşası ve ek donanım isteyen bu yapıyı hafifletecek çözümler aranıyor.
Cryo-CMOS Kontrol Çipleri
Günlük hayatta sıkça kullandığımız ve cep telefonlarımızda da bulunan CMOS (Bütünleyici Metal Oksit Yarı İletken) işlemciler yaygın kullanıma sahip entegre devreler. Bu devrelerin 4 Kelvin ve altında çalışabilenlerine “Cryo-CMOS” çipler deniyor.
Intel, Microsoft ve Google çok soğuk ortamda çalışabilen ve “kriyojenik (cryogenic)” çip olarak adlandırılan bu işlemciler üzerinde çalışıyor. Böylece kompleks ve büyük ebatlı kuantum bilgisayar devreleri avuç içine sığacak boyutlara kavuşuyor.
Kuantum bilgisayarlarda her birim harici bir denetleyiciye bağlı bir dizi kablo bulunduruyor. Cyro-CMOS kontrol çipleri ise kubit ile dondurucunun içinde çalışabiliyor ve böylece kablo karmaşasını ortadan kaldırıyor. Bu işlemciler kuantum bilgisayarlardaki çok sayıdaki kubiti kontrol edebiliyor.
Horse Ridge
Intel ve QuTech (Hollanda’daki TU Delft ve TNO ortaklığı) tarafından yapılan bu alandaki ilk ses getiren çalışma “Horse Ridge” olarak adlandırılıyor. İşlemci adını, ABD’nin Oregon Eyaletinde Intel’in varlığını gösterdiği yerden alıyor.
Büyük yer kaplayan cihazlar yerine oldukça entegre yapıya sahip çiplerin kullanımı sistem tasarımını kolaylaştıracak ve sofistike sinyal işleme teknikleri ile kubit performansının artırılmasına katkıda bulunacak.
Intel Şubat 2020’de San Francisco’da yapılan Uluslararası Katıhal Devreler Konferansı (ISSCC)’de tanıttığı bu çip hakkında tüm teknik verileri paylaşmasa da test edilmekte olan çipin fotoğrafını yayınladı.
Horse Ridge; Intel’in 22nm FinFET CMOS teknolojisini kullanan çip üzerine kurulu sistem (System on Chip — SoC) ile hem süperiletken kubitleri hem de spin kubit teknolojisini kontrol etmek üzerine tasarlanıyor. Çip, spin kubitlerin çalışma aralığında olan 4 Kelvin de çalışabiliyor.
Intel’in ilgili makalesinde Horse Ridge ölçeklenebilir ve esnek olarak adlandırılıyor. Çiplerin ölçeklenebilirliği sayesinde çok sayıda kubitin kullanımı verimli hale gelecek. Esnek yapısı ile bu çip hem süperiletken kubitlerin (6–7 GHz) hem de spin kubitlerin (13–20 GHz) kontrolünü sağlayan geniş bir frekans aralığını kapsayabiliyor.
Bu Cryo-CMOS çiplerle şimdilik 128 kubite kadar işlem yapılabiliyor. Böylece daha önce ihtiyaç duyulan yüksek kablo sayıları ve diğer donanımsal ihtiyaçlar azalıyor. Kuantum bilgisayarlarlar için atılan bu adım, alandaki büyük gelişmelerin ilk habercilerinden biri olarak adlandırılıyor.
Öte yandan Intel, 1 Kelvin sıcaklıkta çalışabilecek silikon spin kubitler üzerinde çalışıyor. Bu çalışma ile Horse Ridge teknolojilerinin birlikte kullanılması planlanıyor. Malzeme bilimi ve kuantum teknolojileri alanında gerçekleşen bu gelişmeler meraklılarında haklı bir heyecan uyandırıyor.
Kaynaklar
1- https://quantumcomputingreport.com/news/intel-microsoft-disclose-cryo-cmos-quantum-control-chips/
3- https://arxiv.org/abs/1912.01299
