Criado um novo tipo de qubit, o unimon

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/11/2022

Impressão artística de um qubit unimon em um processador quântico.
[Imagem: Aleksandr Kakinen]

Unimon

Um grupo de cientistas da Finlândia descobriu um novo tipo de qubit, ou bit quântico, a unidade básica de memória dos computadores quânticos.

Mais do que uma opção adicional, o novo qubit, chamado unimon, ou unimônio, promete ajudar a resolver um dos maiores problemas da computação quântica em seu estágio atual: A correção de erros.

A equipe usou os unimons para construir portas lógicas que operaram com 99,9% de fidelidade, um marco importante na construção de computadores quânticos úteis e comercialmente viáveis.

Dentre as diferentes abordagens para construir computadores quânticos, os qubits supercondutores estão na dianteira - o tipo mais usado é chamado transmon, ou transmônio. Mesmo eles, no entanto, funcionando próximo do zero absoluto para evitar o máximo de ruídos, estão limitados por erros intrínsecos à sua operação.

O unimon reúne em um único circuito as propriedades de maior anarmonicidade (menor desvio em relação a um oscilador padrão), insensibilidade total ao ruído de carga usado para controlá-lo e sensibilidade reduzida ao ruído magnético. Tudo em uma estrutura simples, consistindo de uma única junção Josephson em um ressonador.

A equipe alcançou fidelidades de 99,8% a 99,9% para portas de qubit único, usando três unimons diferentes, em operações de apenas 13 nanossegundos - e diminuir a velocidade significa manter o qubit por menos tempo sob risco de ser afetado pelos ruídos.

"Por causa da maior anarmonicidade, ou não-linearidade, do que nos transmons, podemos operar os unimons mais rapidamente, levando a menos erros por operação," disse Eric Hyyppa, da Universidade Aalto.

O unimon consiste em uma única junção Josephson desviada por um indutor linear e um capacitor.
[Imagem: Eric Hyyppä et al. - 10.1038/s41467-022-34614-w]

Superar os 99,99%

Para demonstrar experimentalmente o unimon, a equipe projetou e fabricou diversos chips, cada um dos quais consistia em três qubits de unimon. Eles usaram nióbio como material supercondutor, além das junções Josephson, nas quais os fios supercondutores foram fabricados com alumínio.

Além dos ganhos em qualidade, a arquitetura muito simples do qubit dispensou vários aparatos de controle.

"Os unimons são muito simples e ainda têm muitas vantagens sobre os transmons. O fato de que o primeiro unimon já feito funcionou tão bem dá muito espaço para otimização e grandes avanços. Como próximos passos, devemos otimizar o design para proteção de ruído ainda maior e demonstrar portas de dois qubits," disse o professor Miko Mottonen.

O objetivo da equipe é obter desempenhos sustentáveis acima dos 99,99%, e seguir acrescentando mais noves à medição da fidelidade.

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