Qubits semelhantes a transistores fazem computação quântica de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/10/2024

Este processador quântico é feito de qubits que são semelhantes aos transistores eletrônicos comuns, sendo fabricados com a tecnologia CMOS tradicional da microeletrônica.
[Imagem: Diraq]

Transístor como qubit

Cientistas australianos demonstraram um avanço longamente esperado no campo da computação quântica: Eles construíram um computador quântico à base de silício.

Existem diversas arquiteturas para a computação quântica, mas todas aquelas que já saíram da prancheta se baseiam em ambientes criogênicos porque os dados armazenados nos qubits dependem de estados quânticos muito frágeis, o que exige colocá-los em temperatura criogênicas, perto do zero absoluto. Isso complica e encarece o projeto do computador.

Em vez disso, Tuomo Tanttu e colegas da Universidade de Nova Gales do Sul construíram portas lógicas usando qubits fabricados com a tecnologia de óxidos metálicos semicondutores, a conhecida tecnologia CMOS usada em toda a eletrônica convencional.

Além de simplificar e baratear tudo, o circuito é muito mais robusto, operando sem erros durante 99% do tempo. Embora tenha havido avanços na correção de erros dos computadores quânticos ultrafrios, se o processador opera com uma confiabilidade muito abaixo disso os erros se acumulam rapidamente, e aí não há técnica de correção que dê jeito.

E há ainda duas outras grandes vantagens nessa arquitetura: Primeiro, os qubits podem ser fabricados em fundições microeletrônicas tradicionais, o que é rápido e barato em comparação com qubits supercondutores ou iônicos, por exemplo; e, em segundo lugar, isso viabiliza escalonar o computador para que ele opere com milhões de qubits, tudo dentro de um único chip.

Micrografia do "qubit eletrônico", em tudo similar a um transístor tradicional.
[Imagem: Tuomo Tanttu et al. - 10.1038/s41567-024-02614-w]

Qubits de silício

Esses "qubits eletrônicos" são de fato muito parecidos com os transistores FET, que operam com base no fenômeno quântico do tunelamento. A principal diferença é que, enquanto em um transístor FET há dezenas de elétrons operando, no transístor-qubit há um único elétron no canal.

E esta seja talvez a única desvantagem desta arquitetura de qubits MOS: Com apenas um único elétron, é difícil fabricar qubits realmente homogêneos, que operem todos do mesmo jeito. Este é um dos grandes desafios que a equipe pretende enfrentar a partir de agora.

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