Qubits semicondutores construídos em matrizes, como se fossem transistores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/03/2021

Esquema do processador quântico de quatro qubits, todos controlados como se fossem transistores comuns.
[Imagem: TUDelft]

Matriz de qubits

O coração de todos os computadores é a sua CPU, ou processador, construído com a tecnologia de semicondutores, que permite colocar bilhões de transistores uns ao lado dos outros, ou mesmo empilhados uns sobre os outros.

Agora, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, nos Países Baixos, demonstraram que esta mesma tecnologia pode ser usada para construir matrizes não de transistores, mas de qubits, os bits dos computadores quânticos.

Embora os qubits supercondutores estejam na frente no desenvolvimento dos futuros computadores quânticos, algumas equipes têm apostado nos qubits semicondutores porque eles poderiam aproveitar a atual tecnologia eletrônica - só que ninguém havia conseguido demonstrar isso na prática até agora.

A questão não é tanto construir qubits em matrizes, mas conseguir que eles falem uns com os outros em qualquer direção - direita e esquerda, acima e abaixo e cruzados - e, mais importante, produzir o entrelaçamento quântico entre eles em todas essas possibilidades direcionais.

"Ao colocar quatro desses qubits em uma grade dois por dois, demonstrando o controle universal sobre todos os qubits e operando um circuito quântico que entrelaça todos os qubits, demos um passo importante na realização de uma abordagem escalonável para a computação quântica," disse o professor Menno Veldhorst.

Qubits semicondutores

Os qubits semicondutores são baseados em pontos quânticos, estruturas semicondutoras do tamanho dos transistores mais modernos, que aprisionam elétrons em seu interior - são esses elétrons que funcionam como qubits.

Em 2019, a equipe criou o primeiro qubit com o semicondutor germânio e que funciona como um transístor normal - o qubit é controlado por dois eletrodos elétricos, sem necessidade de qualquer interação magnética.

O que eles descobriram agora é que os mesmos eletrodos usados para ler e gravar dados nos qubits podem ser usados para entrelaçá-los quanticamente. "Nenhuma grande estrutura adicional precisa ser adicionada ao lado de cada qubit, de forma que nossos qubits são quase idênticos aos transistores em um chip de computador," disse o pesquisador Nico Hendrickx. "Além disso, obtivemos excelente controle e podemos acoplar qubits à vontade, o que nos permitiu programar portas [lógicas] de um, dois, três e quatro qubits, prometendo circuitos quânticos altamente compactos."

Foto do chip real com legenda dos quatro qubits (P1 a P4) e ilustração do controle dos elétrons em cada ponto quântico.
[Imagem: Nico W. Hendrickx et al. - 10.1038/s41586-021-03332-6]

Computador quântico universal

Qubits que funcionam como transistores tornam a abordagem da equipe muito promissora para a construção de processadores quânticos semicondutores em um futuro próximo.

"Quatro qubits de forma alguma fazem um computador quântico universal, é claro," disse Veldhorst. "Mas, ao colocar os qubits em uma grade de dois por dois, agora sabemos como controlar e acoplar os qubits ao longo de diferentes direções. Qualquer arquitetura realista para integrar um grande número de qubits requer que eles sejam interconectados ao longo de duas dimensões."

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