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Eletrônica

Eliminação de fios viabiliza processador quântico com milhões de qubits

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/08/2021

Eliminação de fios viabiliza processador quântico com milhões de qubits
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.

Eliminação de fios viabiliza processador quântico com milhões de qubits
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.

Bibliografia:

Artigo: Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field
Autores: Ensar Vahapoglu, James P. Slack-Smith, Ross C. C. Leon, Wee Han Lim, Fay E. Hudson, Tom Day, Tuomo Tanttu, Chih Hwan Yang, Arne Laucht, Andrew S. Dzurak, Jarryd J. Pla
Revista: Science Advances
Vol.: 7, no. 33, eabg9158
DOI: 10.1126/sciadv.abg9158
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