Começa a miniaturização dos qubits

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/12/2021

Micrografia dos qubits supercondutores, 1.000 vezes menores do que os atuais.
[Imagem: Abhinandan Antony / Columbia Engineering]

Miniaturização quântica

Na era da informação nos acostumamos com o progresso acelerado da microeletrônica, expresso na famosa Lei de Moore, basicamente uma constatação empírica do avanço da miniaturização.

Mas a coisa não está se mostrando tão simples conforme esses paradigmas são transpostos para o reino da computação quântica.

Enquanto os transistores usados nos computadores eletrônicos foram reduzidos a escalas nanométricas, os qubits supercondutores, o tipo mais usado hoje em dia, ainda são medidos em milímetros - e um milímetro contém um milhão de nanômetros.

Assim, montar um número cada vez maior de qubits nos chips resulta em processadores enormes - eles cabem em salas, e não em bolsos ou nem mesmo em mochilas.

Mas as primeiras luzes começam a brilhar no fim do túnel: Usando materiais bidimensionais, Abhinandan Antony e seus colegas da Universidade de Colúmbia, nos EUA, conseguiram miniaturizar um qubit supercondutor, tornando-o 1.000 vezes menor do que os atuais.

A chave da miniaturização não está no qubit propriamente dito, mas na bateria que o alimenta.
[Imagem: Abhinandan Antony et al. - 10.1021/acs.nanolett.1c04160]

Capacitores 2D

Cada qubit supercondutor precisa de sua própria "bateria" - na verdade é um capacitor - para armazenar a eletricidade que o faz funcionar.

Hoje têm sido usados capacitores planares, que têm as placas eletricamente carregadas colocadas lado a lado. Empilhar essas placas economizaria espaço, mas os metais usados nos capacitores paralelos convencionais interferem no armazenamento de informações do qubit.

Antony e seus colegas conseguiram agora construir um capacitor colocando uma camada de isolante de nitreto de boro entre duas placas carregadas do supercondutor disseleneto de nióbio. Cada uma dessas camadas tem apenas um átomo de espessura, e elas são mantidas unidas pelas forças de van der Waals, a fraca interação entre os elétrons.

A equipe então combinou seus nanocapacitores com circuitos de alumínio para criar um chip contendo dois qubits em uma área de 109 micrômetros quadrados e apenas 35 nanômetros de espessura - o que é 1.000 vezes menor do que os chips atuais.

A equipe também confirmou que os dois qubits se tornam entrelaçados, agindo como uma única unidade, um fenômeno conhecido como coerência quântica. Isso significa que o estado quântico do qubit pode ser gravado e lido por meio de pulsos elétricos.

O tempo de coerência ainda é curto, pouco mais de 1 microssegundo, em comparação com cerca de 10 microssegundos para um qubit com capacitor coplanar convencional, mas a equipe afirma que este é apenas um primeiro protótipo, havendo espaço para melhorias, o que inclui o teste de outros materiais.

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