인텔은 오늘 인텔 랩스 데이 온라인 행사에서 2세대 극저온 제어 칩인 호스 리지 II(Horse Ridge II)를 공개해 양자 컴퓨팅의 최대 장애물 중 하나인 확장성 극복을 향한 또 한 번의 진전을 이루었다. 2019년 공개한 1세대 호스 리지 컨트롤러의 혁신을 기반으로 한 호스 리지 II는 양자 시스템을 편리하게 제어할 수 있는 향상된 기능과 높은 수준의 통합을 지원한다. 새로운 기능에는 큐비트 상태를 조작하고 읽을 수 있는 기능과 다중 큐비트를 연결하는데 필요한 게이트들을 제어하는 기능이 포함된다.

짐 클라크(Jim Clarke) 인텔 컴포넌트 리서치 그룹 양자 하드웨어 부문 디렉터는 “인텔은 집적회로 설계, 랩, 기술 개발 팀 전반의 심층적인 전문 지식을 종합한 호스 리지 II를 통해 극저온 양자 제어 분야에서 혁신을 지속하고 있다. 인텔은 복잡한 배선 문제를 해결하지 않고 큐비트 수를 증가시키는 것은 스포츠카를 타고 교통체증에 계속 갇혀있는 것과 유사하다고 생각한다. 호스 리지 II는 양자 회로 제어를 더욱 간소화하며, 이를 통해 우리는 정확도 향상과 전력 소모 감소를 달성하고, ‘체증이 없는’ 통합 양자 회로에 더욱 가까워질 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

오늘날의 초기 양자 시스템은 희석 냉장고 내 큐비트 칩에 연결된 다수의 동축 케이블이 있는 실온에서 작동하는 전자 장비를 사용한다. 이러한 접근 방식은 폼팩터, 비용, 전력 소비량, 냉장고 열 부하로 인해 많은 수의 큐비트로 확장되지 않는다. 인텔의 첫 호스 리지는 양자 기계를 작동 시키기 위해 냉장고와 연결된 수 천 개의 와이어와 장비 랙의 필요성을 획기적으로 간소화해 이 과제를 해결하기 위한 첫 발을 내디뎠다. 대신 인텔은 이 부피가 큰 계측기를 고도로 통합된 SoC(System-on-chip)로 대체했다. 이 SoC는 시스템 디자인을 간소화하고, 정교한 신호 처리 기술을 사용해 설정 시간을 단축한다. 또한 큐비트 성능을 향상시켜, 엔지니어링 팀이 양자 시스템을 보다 많은 수의 큐비트로 효율적으로 확장할 수 있다.

호스 리지 II는 1세대 SoC의 기능 중 하나인 큐비트 드라이브를 기반으로 하는데 이는 큐비트의 상태를 조작하는 능력이다. 호스 리지 II는 두 가지 제어 기능을 추가로 도입해 극저온 냉장고 내부에서 작동하는 SoC에 외부 전자 제어 장치를 추가적으로 통합할 수 있는 기반을 마련한다.

새로운 기능은 다음과 같다.

 큐비트 판독: 이 기능은 현재 큐비트 상태를 읽을 수 있는 권한을 부여한다. 큐비트 판독은 많은 양의 데이터를 저장하지 않고도 저지연 온칩 큐비트 상태 탐지를 가능하게 해 메모리와 전력을 절약할 수 있도록 한다.

 멀티 게이트 펄싱: 많은 큐비트 게이트의 잠재력을 동시에 제어하는 기능은 효과적인 큐비트 판독과 다중 큐비트의 관여 및 작동에 중요하게 작용하며, 보다 확장된 시스템을 가능하게 한다.

집적회로 내에서 작동하는 프로그램 가능한 마이크로컨트롤러를 추가하면 호스 리지 II는 세 가지 제어 기능이 실행되는 방법에 있어 더 높은 수준의 유연성과 정교한 제어 기능을 지원한다. 마이크로컨트롤러는 디지털 신호 처리 기술을 사용해 펄스에 추가 필터링을 적용함으로써 큐비트 간 교차점을 줄이는 데 도움을 준다.

호스 리지 II는 인텔 22nm 저전력 핀펫(FinFET) 기술(22FFL)을 이용해 구현됐으며 4 켈빈에서 성능이 검증됐다. 오늘날 양자 컴퓨터는 절대 영도 보다 약간 높은 밀리 켈빈 범위에서 작동한다. 그러나 인텔의 양자 분야에서의 노력을 기반으로 실리콘 스핀 큐비트는 1켈빈 또는 이상의 온도에서 작동할 수 있어 양자 시스템의 냉각 문제를 크게 줄일 수 있다.

인텔의 극저온 제어 연구는 제어 장치와 실리콘 스핀 큐비트 모두에 대해 동일한 작동 온도 수준을 달성하는 데 초점을 맞추고 있다. 호스 리지 II에서 입증된 바와 같이, 이 영역이 지속적으로 발전한다는 것은 양자 상호 연결 수를 늘릴 수 있는 과감한 접근법 또한 진전함을 의미한다. 이는 또한 인텔의 장기적인 양자 실용화 비전의 중요한 요소다.

인텔은 2021년 2월 국제고체회로학회(International Solid-State Circuits Conference (ISSCC))에서 본 연구의 추가적인 기술 내용을 발표할 예정이다.