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Informática

Radiação cósmica interfere com computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/08/2020

Radiação cósmica interfere com computadores quânticos
A radiação natural - do espaço ou da Terra - interfere com o funcionamento dos qubits supercondutores.
[Imagem: Timothy Holland/PNNL]

Radiação cósmica versus qubits

Manter os dados armazenados nos qubits por tempo suficiente é um dos maiores desafios para o desenvolvimento dos computadores quânticos.

Ocorre que os dados são guardados nesses bits quânticos graças a fenômenos como o entrelaçamento - duas partículas interconectadas à distância - e a superposição - uma partícula contendo múltiplos dados; e quase qualquer coisa pode interferir com esses fenômenos e fazer o qubit "colapsar", perdendo o dado.

Assim, não é exatamente uma surpresa o resultado de um experimento feito por Antti Vepsalainen e uma equipe do Laboratório Nacional Noroeste do Pacífico (PNNL), em colaboração com várias outras instituições nos EUA.

Vepsalainen comprovou que os raios cósmicos, e mesma a radiação ambiental - gerada pelo decaimento radioativo de fontes naturais no ambiente -, podem baixar o chamado "tempo de coerência" dos qubits, o tempo que um qubit consegue sustentar o dado.

Os experimentos foram feitos usando qubits supercondutores, um dos tipos mais utilizados hoje, embora existam outras tecnologias, como qubits de diamante, qubits de silício e até qubits moleculares.

O problema ocorre porque os supercondutores conduzem a corrente elétrica sem resistência graças a elétrons que caminham emparelhados, mas a radiação, cósmica ou terrestre, quebra esses pareamentos.

"Nosso estudo é o primeiro a mostrar claramente que a radiação ionizante de baixo nível no ambiente degrada o desempenho dos qubits supercondutores," disse o professor John Orrell. "Essas descobertas sugerem que a proteção contra radiação será necessária para atingir o tão procurado desempenho em computadores quânticos usando esse design."

Radiação cósmica interfere com computadores quânticos
Raios X, raios beta, raios gama e outros quebram os chamados pares de Cooper, por meio dos quais a eletricidade flui nos supercondutores.
[Imagem: Timothy Holland/PNNL]

Menor das preocupações

A descoberta não está fazendo as equipes de desenvolvimento dos computadores quânticos se descabelarem porque, na verdade, há outras fontes que causam a perda de dados dos qubits que são muito mais fortes e problemáticas, do simples calor à radiação eletromagnética de equipamentos nas proximidades do computador, e isto sem contar as impurezas na fabricação dos componentes.

Assim, quando todos esses problemas mais concretos e imediatos forem sanados, os engenheiros sabem agora que terão na agenda um novo detalhe a resolver - caso ainda não o tenham feito conforme resolviam os problemões.

Além do mais, sempre se soube que os raios cósmicos fazem computadores e celulares travarem, já houve pelo menos um caso de uma sonda espacial destruída por raios cósmicos e as agências espaciais investem há décadas em computadores resistentes à radiação para a exploração espacial.

Finalmente, os qubits supercondutores têm apresentado uma melhoria exponencial em sua capacidade de manutenção dos dados - o seu tempo de coerência -, de menos de um nanossegundo em 1999 para cerca de 200 microssegundos hoje. Para comparação, a memória RAM de um computador eletrônico atual exige regravações na casa dos nanossegundos.

Bibliografia:

Artigo: Impact of ionizing radiation on superconducting qubit coherence
Autores: Antti P. Vepsäläinen, Amir H. Karamlou, John L. Orrell, Akshunna S. Dogra, Ben Loer, Francisca Vasconcelos, David K. Kim, Alexander J. Melville, Bethany M. Niedzielski, Jonilyn L. Yoder, Simon Gustavsson, Joseph A. Formaggio, Brent A. VanDevender, William D. Olive
Revista: Nature
Vol.: 584, pages 551-556
DOI: 10.1038/s41586-020-2619-8





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