È in arrivo la tecnologia dei chip digitali di SEEQC.
Lo ha annunciato la digital quantum computing company, che ha lanciato una famiglia di chip digitali SFQ (Single Flux Quantum) ad alta velocità ed energeticamente efficienti, in grado di eseguire tutte le funzioni fondamentali di controllo dei qubit di un computer quantistico alla stessa temperatura criogenica dei qubit. I chip sono anche pienamente integrati con i qubit, una milestone critica nella realizzazione di computer e data center quantistici scalabili con correzione degli errori.
Oltre ad annunciare che è in arrivo la tecnologia dei chip digitali di SEEQC, l’Azienda ha presentato anche un sistema di riferimento per il quantum computing full-stack ad alte prestazioni.
Ma andiamo con ordine.
La tecnologia dei chip digitali di SEEQC utilizza logica superconduttiva SFQ energeticamente efficiente, che opera a velocità fino a 40 GHz, per implementare controllo, misura, multiplexing ed elaborazione dei dati classici dei qubit. A causa delle basse esigenze energetiche e della ridotta dissipazione di calore, specialmente se a paragone dei chip convenzionali CMOS o CryoCMOS, i circuiti superconduttivi SFQ di SEEQC possono essere posizionati in prossimità dei chip qubit a 20 milliKelvin sotto forma di moduli integrati multi-chip, con circuiti attivi SFQ che comunicano in modalità wireless e sono compatibili con tutti i tipi di qubit superconduttivi, compresi i qubit fluxonium, oltre ad altre modalità di qubit come i qubit di spin. L’architettura a moduli multi-chip, il basso assorbimento e la capacità di operare ad altissime velocità consentono l’implementazione di un controllo digitale efficiente dal punto di vista hardware, lettura ed elaborazione veloce dei dati dei qubit necessari per sistemi quantistici a correzione d’errore veloci, a bassa latenza e scalabili.
Inoltre, l’impiego dei chip SEEQC ridurrà in modo significativo i costi e la complessità dei computer quantistici di diversi ordini di grandezza, eliminando la necessità di quasi tutti i rack di costosa elettronica a temperatura ambiente collegata ai chip qubit. Tipicamente, occorre una importante matassa di cavi analogici per trasmettere delicati segnali qubit tra i qubit e la temperatura ambiente, e i segnali sono fortemente soggetti a distorsioni causate da imperfezioni nei cablaggi. Ne risulta un sistema complesso in modo proibitivo e difficilmente scalabile. L’architettura basata su moduli attivi multi-chip di SEEQC affronta questo problema riducendo la latenza di sistema attraverso l’eliminazione della necessità di inviare dati da punti posti a una temperatura dell’ordine dei milliKelvin ad altri a temperatura ambiente e viceversa per eseguire funzioni base quali la lettura e il controllo.
Localizzando tutti gli elementi funzionali su chip digitali classici SFQ ultraveloci integrati con chip qubit in moduli multi-chip, la latenza dell’elaborazione e le velocità di trasferimento dati tra chip vengono ridotte in modo drastico. In particolare, questa scelta consente di ottenere letture e reset di qubit molto più veloci e di qualità più elevata di quanto sia possibile oggi con le tecnologie attuali, una caratteristica importante sia per le applicazioni a breve termine che per le funzioni fault-tolerant.
L’architettura di calcolo scalabile basata su SFQ di SEEQC incorpora il multiplexing digitale, risolvendo così una questione critica relativa all’input/output. I circuiti di multiplexing inviano segnali multipli su una singola linea, reducendo drasticamente costo e complessità, particolarmente per sistemi quantistici su larga scala nei data center. Al contrario, i quantum computer esistenti richiedono fino a 3 cavi per ogni qubit, che trasportano segnali analogici sensibili e che limitano la capacità di multiplexing di alto livello nei sistemi su larga scala. Saranno necessari milioni di cavi per quantum computer su larga scala e questi cavi trasportano energia per tutto il sistema, rappresentando essi stessi una continua sorgente di calore che dev’essere dissipato attraverso tutti gli stadi di un refrigeratore a diluizione.
Per confronto, SEEQC ha testato con successo la propria tecnologia di multiplexing digitale, che può controllare un modulo da 8 qubit con 2 soli cavi, e attualmente sono in produzione versioni che controllano fino a 64 qubit, riducendo enormemente i costi e semplificando la complessità di un computer quantistico.
“Invece di cercare di scalare sistemi di quantum computing in base a progetti prototipali esistenti, abbiamo deciso di partire da zero – ha affermato il Dr. Oleg Mukhanov, CTO e co-fondatore di SEEQC -, sviluppando un’architettura completamente nuova, basata su chip Single Flux Quantum che ci consentiranno di costruire la categoria di quantum computer necessari per realizzare quantum computer a prova d’errore (fault-tolerant). Soltanto incorporando tutte le funzionalità all’interno di chip ad alte prestazioni saremo in grado di scalare sistemi quantistici energeticamente efficienti fino a soddisfare le esigenze dei data center”.
SEEQC fabbrica i propri chip digitali SFQ nella fonderia di classe mondiale di chip superconduttivi multilayer e centro di test milliKelvin di Elmsford, NY, in cooperazione con i propri team di progetto e collaudo a Londra e Napoli. La fonderia è stata recentemente potenziata e produce chip superconduttivi ad alta complessità basandosi sul processo proprietario di produzione multilayer dell’azienda, in linea con la produzione dei propri chip digitali SFQ in grado di operare a temperature criogeniche comprese in un vasto intervallo, da pochi milliKelvin fino a 4 Kelvin. Le capacità della fonderia di SEEQC sono largamente in eccesso rispetto alle esigenze tipiche per la realizzazione di qubit single-layer, facendone la fonderia di chip commerciali più complessa al mondo per la produzione di chip per quantum computing full-stack. SEEQC produce chip superconduttivi anche per i dipartimenti USA DOE (Department of Energy) , NASA (National Aeronautics and Space Administration) e DOD (Department of Defense), oltre che per numerosi team commerciali e accademici.
È in arrivo la tecnologia dei chip digitali ma anche SEEQC System Red
L’Azienda ha inoltre annunciato SEEQC System Red, un sistema di elaborazione quantistica full-stack (completo), concepito come benchmark di riferimento per le prestazioni e le funzionalità dei propri nuovi chip SFQ. SEEQC Red è la prima generazione di sistemi di quantum computing di riferimento dell’Azienda – SEEQC è una delle sole otto aziende a rilasciare un sistema di questo tipo e calibro in tutto il mondo. L’architettura di SEEQC Red è stata realizzata per simulare sistemi di elaborazione quantistica superconduttivi di generazione attuale con controlli analogici e lettura a temperatura ambiente convenzionali , che consentono all’Azienda di effettuare confronti diretti A-B con il proprio quantum computer della prossima generazione basato su chip digitali SFQ. Con SEEQC Red, l’Azienda ha ottenuto velocità medie di gate a 2-qbit di 39 ns e gate fidelity medie del 98,4%, che sono tra le migliori nei sistemi quantistici disponibili pubblicamente e operanti nel cloud.
“A paragone dei sistemi di quantum computing universali disponibili nel cloud, il nostro sistema mostra tassi di errore quattro volte più bassi rispetto a sistemi concorrenti – ha dichiarato Matthew Hutchings, co-fondatore e chief product officer di SEEQC -. SEEQC Red offre i gate nativi a due qubit più veloci di qualsiasi altro sistema disponibile su servizi quantistici cloud pubblici. Mentre altri sistemi sono focalizzati su un numero maggiore di qubit, il sistema di SEEQC si focalizza su qualità e velocità. Ha ottenuto velocità di gate 10 volte maggiori dei concorrenti, offrendo nel contempo gate fidelity comparabili a quelle dei sistemi più avanzati presenti sulle piattaforme quantum cloud attualmente disponibili”.
“Per essere utile, una metrica di riferimento per l’hardware di quantum computing dev’essere una funzione di scala, qualità e velocità – ha affermato Matt Langione, partner di Boston Consulting Group -. Non è facile ottenere tutt’e tre. Ecco perché, mentre il numero di qubit nei sistemi continua a crescere ogni anno, i risultati più significativi nel settore sono ottenuti tipicamente da sistemi con pochi qubit, di solito 10 o meno, con qubit di qualità elevata ed elevate velocità di gate”.
SEEQC Red utilizza la piattaforma di quantum computing proprietaria dell’Azienda, che incorpora pacchetti per portale cloud, software e firmware. Questa piattaforma consente agli utilizzatori di accedere a questo sistema di riferimento per eseguire qualsiasi applicazione o algoritmo universale.
“La missione di SEEQC è quella di fornire un quantum computing scalabile ed energeticamente efficiente per data center e il nostro approccio passa attraverso l’integrazione digitale a livello di chip di funzioni chiave quali la lettura, il controllo, il multiplexing, la correzione degli errori e la classica elaborazione dei dati. I due principali avanzamenti tecnologici che stiamo annunciando oggi rappresentano un importante progresso in questa missione rispetto all’intero settore del quantum computing -, ha dichiarato John Levy, co-fondatore e CEO di SEEQC -. Entro la fine del 2023, vogliamo sostituire l’elettronica convenzionale a temperatura ambiente con i nostri chip digitali SFQ nei computer quantistici SEEQC di prossima generazione, che rappresenteranno anche un passo importante verso il nostro obiettivo di ottenere sistemi quantistici scalabili energeticamente efficienti, capaci di supportare una correzione degli errori basata su chip”.
Progetti scalabili application-specific accelerano il Go-To-Market
SEEQC ha in progetto di portare sul mercato i primi sistemi di quantum computing scalabili a livello commerciale. La maggior parte dei sistemi quantistici esistenti non sono realizzati pensando ad applicazioni specifiche di mercato. SEEQC sta operando con i propri clienti partner per rendere i propri sistemi application-specific, riducendo i requisiti di sistema per risolvere problemi critici in settori quali la chimica industriale, la chimica farmaceutica e la scienza dei materiali, e assicurando che tali sistemi siano capaci di scalare per risolvere la complessità dei problemi delle grandi aziende.
Per SEEQC, dunque, non è in arrivo la tecnologia dei chip digitali e basta… La società ha già stretto alleanze con importanti aziende industriali globali, quali Merck KgaA, di Darmstadt, in Germania e ha da poco annunciato la propria partnership più recente con BASF SE, Ludwigshafen, Germania.
