Este chip leva a luz até os qubits dos computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/02/2021

Chip com guias de onda integrados, levando a cada um dos qubits iônicos. O laser é fornecido ao chip por meio das fibras ópticas à direita.
[Imagem: K. Metha/ETH Zurich]

Qubits iônicos

Se você já usou um apontador laser para mostrar na lousa um detalhe durante uma apresentação sabe que não é algo exatamente fácil - mesmo o mais leve tremor da mão torna-se um enorme "rabisco" à distância.

Agora imagine ter que fazer isso com vários feixes de laser ao mesmo tempo e tentando acertar um único átomo.

Esse é exatamente o desafio enfrentado pelos físicos e engenheiros que estão tentando construir computadores quânticos usando átomos individuais como qubits.

E, nesses protótipos iniciais, também é necessário apontar os feixes de laser - centenas ou mesmo milhares deles no mesmo aparelho - precisamente por vários metros, de modo a atingir as armadilhas magnéticas, com apenas alguns micrômetros de tamanho, onde os átomos estão aprisionados e mantidos isolados, para poderem funcionar como bits. Qualquer vibração indesejada perturba a operação do computador quântico.

"Já nos atuais sistemas de pequena escala, a óptica convencional é uma fonte significativa de ruído e erros - e isso se torna muito mais difícil de gerenciar quando se tentar aumentar a escala," explicou o pesquisador Karan Mehta, do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Suíça.

Mehta e seus colegas resolveram esse problema integrando guias de onda minúsculos aos chips que contêm os eletrodos que aprisionam os qubits.

"Nós podemos enviar a luz diretamente para esses íons. Dessa forma, as vibrações do criostato ou de outras partes do aparelho produzem muito menos perturbações," acrescentou Chi Zhang, membro da equipe.

A luz laser (vermelha) para controlar os dois íons presos (azul) é enviada para as armadilhas de íons dentro do chip.
[Imagem: Chiara Decaroli/ETH Zurich]

Fiação óptica

A equipe encomendou a uma fábrica de processadores que fizesse chips contendo eletrodos de ouro para as armadilhas de íons e, em uma camada mais profunda, guias de onda para a luz laser.

Em uma extremidade dos chips, fibras ópticas lançam a luz nos guias de onda, que têm apenas 100 nanômetros de espessura, essencialmente formando uma "fiação óptica" dentro dos chips. Cada um desses guias de onda leva a um ponto específico no chip, onde a luz é desviada para os íons aprisionados na superfície.

O fato de ter usado um chip fabricado industrialmente mostra que a abordagem é interessante para futuros computadores quânticos com qubits de íons, já que não apenas é extremamente estável, mas também escalonável - a tecnologia também será útil para os processadores fotônicos.

A equipe agora está trabalhando com diversos chips, montando processadores com até dez qubits. Além disso, eles estão buscando novas formas de realizar as operações quânticas tirando proveito da velocidade e da precisão da sua fiação óptica.

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