Eletrônica

Alemanha quer computador quântico com qubits de diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2022

Processadores quânticos de estado sólido têm a grande vantagem de poderem crescer em número de qubits sem sofrer com a interferência.
[Imagem: TUDelft]

Integração com computador eletrônico

A Alemanha reuniu nada menos do que 28 parceiros, da academia e da indústria, para criar um computador quântico inovador.

O objetivo é construir um processador quântico compacto e escalonável baseado em qubits criados no interior de diamantes, o que os torna menos suscetíveis a erros induzidos pelo ambiente.

E um objetivo secundário nada desprezível é que a equipe quer que seu processador quântico de qubits de diamante seja conectado aos computadores eletrônicos clássicos.

O projeto, que tem três anos para apresentar seus resultados, atende por SPINNING, mas seu nome completo é Diamond Spin-Photon-Based Quantum Computer, ou computador quântico baseado no spin de fótons em diamante.

Em comparação com os computadores quânticos construídos até agora, o hardware planejado apresentará tempos de operação mais longos - tempo de vida dos dados nos qubits - e taxas de erro menores, além de requisitos de resfriamento bem menores do que os atuais, que exigem aparatos criogênicos para funcionar.

O processador quântico inicialmente será capaz de calcular com 10 qubits e, posteriormente, com 100 qubits. Mas a equipe quer mais, chegando a calcular os produtos de reações químicas quânticas complexas.

Esta memória quântica de diamante, construída por uma equipe da Áustria, guarda a informação por horas.
[Imagem: TUWien]

Processador quântico baseado híbrido em diamante

Embora existam várias abordagens para construir qubits e computadores quânticos, o desenvolvimento ainda está em fase experimental.

Os qubits de diamante têm sido considerados há algum tempo, e a iniciativa alemã parece ter sido atraída para essa abordagem inovadora devido à sua esperada capacidade de criar processadores quânticos compactos e fáceis de ampliar - computadores com maior número de qubits são cruciais para aplicações práticas confiáveis.

Os qubits no diamante são construídos tirando proveito de defeitos cristalinos, conhecidos como vacâncias de nitrogênio, que podem ser naturais do diamante ou construídos de forma criteriosa para uso prático.

A vacância, também conhecida como "centro de cor", ocorre quando um átomo de carbono da estrutura cúbica do diamante é substituído por outro átomo - o qubit consiste na orientação magnética dos elétrons "soltos" nesse defeito.

Os parceiros do projeto já têm o embasamento teórico, mas querem demonstrar na prática um processador quântico universal baseado em qubits no diamante. Para isso, eles se propuseram a construir um novo design em rede e híbrido (eletrônico-quântico).

"Um dos objetivos do nosso trabalho é garantir a operação confiável de um computador quântico totalmente inovador e criar os periféricos para disponibilizar o poder de computação a um amplo grupo de usuários, por exemplo, via computação em nuvem," explicou o Prof. Rudiger Quay, coordenador do projeto SPINNING.

A Alemanha está trabalhando também na abordagem mais tradicional, de um processador quântico com qubits supercondutores.
[Imagem: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau]

Métrica

Outra proposta da equipe é incorporar uma métrica chamada volume quântico, que já é usada para comparar o desempenho das plataformas em circuitos quânticos simples, mas que pode servir para comparar processadores quânticos com maior precisão do que uma referência simples ao número de qubits.

Essa métrica leva em conta o número de qubits, sua taxa de erro e sua conectividade. Esta última é um parâmetro chave frequentemente negligenciado, que indica o número de qubits vizinhos diretamente endereçáveis e a possibilidade de acoplar qubits em grandes distâncias.

"[O projeto ] SPINNING também considera este parâmetro e fornece um design que apresenta conectividade sem precedentes e configurações flexíveis. Além disso, o processador quântico é capaz de operar com baixos requisitos de resfriamento e, portanto, pode ser implementado próximo aos sistemas computacionais clássicos," detalhou Quay.

É importante destacar que este não é o único projeto alemão para construção de um computador quântico. O Instituto Fraunhofer, que coordena os institutos de pesquisa do país, também possui um grande projeto, chamado QSolid, para construir um processador quântico com a abordagem mais tradicional de qubits supercondutores.