Este é o chip já instalado dentro da geladeira de diluição, que o colocará a 0,1 Kelvin.
[Imagem: University of Sydney]
Multiqubits
Engenheiros da Microsoft e da Universidade de Sydney, na Austrália, apresentaram um chip que resolve o problema do escalonamento - torná-los maiores - dos computadores quânticos.
"Para realizar o potencial da computação quântica, as máquinas precisarão operar milhares, senão milhões de qubits," explica o professor David Reilly, líder da equipe. "Os maiores computadores quânticos do mundo operam atualmente com apenas 50 qubits ou pouco mais. Essa pequena escala se deve em parte aos limites da arquitetura física que controla os qubits."
Reilly e sua equipe desenvolveram uma tecnologia que acaba com essa limitação.
O novo chip é na verdade a parte eletrônica que faz a interface com os sensíveis bits quânticos e a novidade está em que a equipe construiu um chip capaz de lidar com um número enorme de qubits sem afetá-los, ou seja, sem induzir erros que fazem os qubits perderem os dados.
Chip criogênico
Os computadores quânticos de hoje estão em um estágio semelhante ao dos computadores clássicos na década de 1940.
Máquinas como o ENIAC, o primeiro computador eletrônico do mundo, ocupavam salas inteiras para realizar cálculos hoje feitos por uma calculadora de mão. Demorou décadas para superar os desafios científicos e de engenharia que agora permitem que bilhões de transistores caibam em um celular.
E a computação quântica tem um desafio adicional: Os qubits usam os "superpoderes" da física quântica, e fenômenos como o entrelaçamento e a superposição tipicamente precisam de temperaturas criogênicas para funcionar. É por isto que todos os processadores quânticos funcionam dentro de geladeiras quânticas - seu nome técnico é refrigerador de diluição -, capazes de chegar próximo ao zero absoluto.
"Precisamos projetar chips de silício altamente complexos que operem a 0,1 Kelvin. Esse é um ambiente 30 vezes mais frio do que o espaço profundo," disse Reilly.
Para operar nessa temperatura, o chip precisa consumir um mínimo de energia, já que qualquer energia dissipada acaba aquecendo o circuito todo, destruindo os dados dos qubits.
Esquema e foto do protótipo de chip de interfaceamento com os qubits.
[Imagem: S. J. Pauka et al. - 10.1038/s41928-020-00528-y]
Tecnologia quântica em escala industrial
Depois de estudar e modelar o funcionamento de cada transístor operando no frio, a equipe finalmente conseguiu projetar o mais avançado circuito integrado eletrônico para operar em temperaturas criogênicas.
"Fizemos isso projetando um sistema que opera próximo aos qubits sem perturbar suas operações," explicou Reilly. "Os sistemas de controle atuais para qubits ficam a metros de distância da ação, por assim dizer. Eles operam principalmente a temperatura ambiente. Em nosso sistema, não precisamos sair da plataforma criogênica. O chip está ali com os qubits. Isso significa menor potência [menor energia dissipada] e velocidades mais altas. É um sistema de controle real para a tecnologia quântica."
Segundo a equipe, a parceria com a Microsoft não apenas viabilizou a construção do chip estado da arte, como também permitirá prosseguir o trabalho junto à fabricação de computadores quânticos reais.
"A grande vantagem da parceria é que não apenas publicamos um artigo e seguimos em frente. Agora podemos continuar com o projeto para concretizar a tecnologia quântica em escala industrial," disse Reilly.
Bibliografia:
Artigo: A cryogenic CMOS chip for generating control signals for multiple qubits
Autores: S. J. Pauka, K. Das, R. Kalra, A. Moini, Y. Yang, M. Trainer, A. Bousquet, C. Cantaloube, N. Dick, G. C. Gardner, M. J. Manfra, D. J. Reilly
Revista: Nature Electronics
Vol.: 4, pages 64-70
DOI: 10.1038/s41928-020-00528-y
