Eliminação de fios viabiliza processador quântico com milhões de qubits

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/08/2021

Estrutura do conceito de controle magnético dos qubits, no qual um cristal ressonador permite aplicar campos magnéticos com grande precisão.
[Imagem: Vahapoglu et al. - 10.1126/sciadv.abg9158]

Milhões de qubits

Pesquisadores australianos desenvolveram uma técnica que elimina um dos maiores entraves ao desenvolvimento de computadores quânticos em todo o seu potencial: A dificuldade de interligar muitos qubits.

Enquanto um processador eletrônico moderno se aproxima dos 10 bilhões de transistores, cada um funcionando como um bit, os computadores quânticos atuais não chegaram à marca de 100 bits quânticos, ou qubits.

"Até agora, o controle de qubits de spin de elétrons dependia de aplicarmos campos magnéticos de micro-ondas, colocando uma corrente em um fio bem ao lado do qubit. Os campos magnéticos diminuem muito rapidamente com a distância, então só conseguimos controlar os qubits mais próximos do fio. Isso significa que precisaríamos adicionar mais e mais fios à medida que usássemos mais e mais qubits, o que ocuparia muito espaço no chip," conta o professor Jarryd Pla, da Universidade de Nova Gales do Sul.

E, como os processadores quânticos precisam operar em temperaturas criogênicas - abaixo de -270 ºC -, colocar mais fios significa injetar muito calor no chip, interferindo na confiabilidade dos qubits.

A nova técnica elimina a necessidade desses fios, potencialmente viabilizando o uso e controle de até quatro milhões de qubits no mesmo chip, segundo a equipe.

Ressonador dielétrico

A eliminação dos fios envolveu uma recriação completa da estrutura do processador quântico.

Em vez de ter fios individuais para controlar cada qubit, a equipe desenvolveu uma técnica para gerar um campo magnético acima do chip, permitindo manipular todos os qubits simultaneamente, sem contato físico.

A ideia não é nova, mas ninguém havia conseguido implementá-la na prática.

A solução está no uso de um componente totalmente novo criado pela equipe, um cristal prismático conhecido como ressonador dielétrico: Quando um feixe de micro-ondas é dirigido para o cristal, ele focaliza as ondas para um comprimento de onda muito menor, abaixo de um milímetro.

"Portanto, agora temos uma conversão muito eficiente de energia de micro-ondas no campo magnético que controla os spins de todos os qubits. Existem duas inovações importantes aqui: A primeira é que não precisamos colocar um bocado de energia para obter um campo ativador forte para os qubits, o que significa que não geramos muito calor; a segunda é que o campo é muito uniforme ao longo de todo o chip, de modo que milhões de qubits experimentam o mesmo nível de controle," disse Pla.

Estrutura e protótipo do processador quântico usado para os primeiros testes.
[Imagem: Vahapoglu et al. - 10.1126/sciadv.abg9158]

Próximos passos

A seguir, a equipe planeja usar esta nova tecnologia para simplificar o projeto dos processadores quânticos de silício, e afirmam esperar conseguir isso no curto prazo.

"Embora ainda existam desafios de engenharia a serem resolvidos antes que processadores com um milhão de qubits possam ser fabricados, estamos entusiasmados com o fato de que agora temos uma maneira de controlá-los," disse o professor Pla.

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