Pela primeira vez, engenheiros constroem uma porta lógica quântica em silício

Paul Henderson-Kelly / UNSW.

Menno Veldhorst (E) e o autor principal do estudo, Andrew Dzurak (D) no laboratório da UNSW onde as experiências foram conduzidas

Menno Veldhorst (E) e o autor principal do estudo, Andrew Dzurak (D) no laboratório da UNSW onde as experiências foram conduzidas

Um avanço significativo para a computação quântica foi feito por uma equipe da Universidade de New South Wales, em Sydney, na Austrália: eles criaram uma porta lógica quântica em silício, o mesmo material que chips de computadores tradicionais usam.

“O que temos é uma virada de jogo”, disse um dos pesquisadores, Andrew Dzurak.

Um requisito fundamental para computadores quânticos é que dois bits quânticos (ou qubits) se comuniquem e realizem cálculos juntos. Por enquanto, os cientistas só tinham alcançado esse objetivo usando dispositivos que contavam com tecnologias exóticas.

No novo estudo, os pesquisadores criaram um dispositivo eficiente usando essencialmente a mesma tecnologia de computadores existentes, o que facilitará muito a fabricação de um processador em larga escala.

“Isso torna a construção de um computador quântico muito mais viável”, explica Dzurak.

Os qubits

O avanço representa o componente físico final para cumprir a promessa de computadores quânticos superpoderosos baseados em silício.

Em computadores clássicos, os dados são processados como bits binários, que estão sempre em um de dois estados: 0 ou 1.

No entanto, um qubit pode existir em ambos os estados ao mesmo tempo, uma condição conhecida como superposição. Uma operação qubit explora esta estranheza quântica, permitindo que muitos cálculos sejam executados em paralelo (um sistema de dois qubits executa a operação em 4 valores, um sistema de três qubit em 8, e assim por diante).

Tony Melov / UNSW

Conceito artístico do dispositivo de porta lógica de dois qubits

Conceito artístico do dispositivo de porta lógica de dois qubits

Em outras palavras, para os computadores quânticos se tornarem uma realidade, a habilidade de conduzir cálculos com um e dois qubits é essencial. Até agora, não tinha sido possível fazer dois bits quânticos “falarem” um com o outro – e, assim, criar uma porta lógica – usando silício.

A vantagem

O desafio na construção de portas lógicas quânticas é o fato de que, para que dois qubits “conversem”, eles precisam estar incrivelmente próximos – geralmente dentro de 20 a 40 nanômetros um do outro -, o que dificulta seu controle.

A equipe superou esse obstáculo copiando a configuração dos chips tradicionais. Neles, bits binários são definidos por dispositivos semicondutores minúsculos conhecidos como transistores. Cerca de um bilhão desses transistores estão presentes em cada chip de silício em seu smartphone ou computador, por exemplo.

Bits quânticos, por outro lado, são definidos pela rotação de um único elétron. Ao reconfigurar os transistores tradicionais para se associarem apenas com um elétron, a equipe de pesquisa foi capaz de fazê-los definir qubits.

“Em seguida, armazenamos o código binário de 0 ou 1 no ‘spin’ do elétron, que está associado com o campo magnético minúsculo da partícula”, disse o Dr. Menno Veldhorst, principal autor da pesquisa, publicada na revista Nature.

E agora?

O resultado alcançado significa que todos os componentes físicos para um computador quântico baseado em silício já foram construídos com sucesso, permitindo que os engenheiros finalmente comecem a tarefa de projetar um computador quântico funcional.

O próximo passo do projeto é identificar os melhores parceiros na indústria para trabalhar em conjunto com os pesquisadores, a fim de fabricar processadores quânticos em grande escala.

Tais processadores teriam grandes aplicações nos setores de finanças, segurança e saúde, permitindo coisas como a identificação e desenvolvimento de novos medicamentos (ao analisar compostos farmacêuticos e minimizar testes de tentativa e erro), o desenvolvimento de novos materiais mais leves e resistentes (como produtos eletrônicos para aeronaves) e buscas mais rápidas através de grandes bancos de dados.

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