Um time que envolve pesquisadores e engenheiros da QuTech na Holanda e da Intel Corp projetaram e testaram um chip para controlar qubits que podem operar em temperaturas extremamente baixas. Isso abre a porta para resolver o “gargalo de fiação” – um dos maiores problemas da computação quântica. É um passo importante em direção a um quantum escalável computador. Seus resultados são publicados na revista científica Nature.
Cada unidade básica de um computador quântico, um qubit, precisa de um fio. “Isso atrapalha um computador quântico escalável, já que milhões de qubits exigiriam milhões de fios”, explica o coordenador da equipe, Lieven Vandersypen, da QuTech.
QuBit enfrenta gargalo da fiação
Essa dificuldade de conectar os chips de computadores quânticos é conhecida por gargalo da fiação. Em computadores tradicionais, um processador que utilize bilhões de transistores tem apenas alguns milhares de conexões – uma conta muito mais fácil de fechar.
As temperaturas criogênicas nas quais os qubits operam (20 milikelvin, ou cerca de -273 graus Celsius) complicam o uso de soluções tradicionais. Os demais chips simplesmente não suportariam temperaturas extremas, então um novo chip de controle criogênico foi projetado e testado.
Como um chip funciona em temperatura muito baixa
Os engenheiros da Intel e da QuTech – uma colaboração entre a Delft University of Technology e a TNO, a organização holandesa para pesquisa científica aplicada – projetaram um circuito integrado especial à base de silício capaz de suportar o frio (3 graus Celsius acima do zero absoluto) e também lidar com qubits. O chamado chip “Horse Ridge” foi batizado em homenagem ao lugar mais frio do Oregon, o estado onde fica o laboratório da Intel.
“Exploramos a mesma tecnologia adotada para o microprocessador convencional, a tecnologia CMOS. Para Horse Ridge, usamos especificamente a tecnologia FinFET de baixa potência de 22 nm da Intel.” disse o co-investigador principal Edoardo Charbon, chefe do Laboratório de Arquitetura Quântica Avançada da EPFL.
“Como os dispositivos eletrônicos operam de maneira muito diferente em temperaturas criogênicas, usamos técnicas especiais no projeto do chip para garantir a operação correta e para acionar os qubits com alta precisão.” Isso significa que o chip controlador e os qubits podem ser integrados na mesma matriz (já que são todos fabricados em silício) ou pacote, aliviando ainda mais o gargalo da fiação.
Alta fidelidade e boa programação
Para avaliar a qualidade do chip de controle criogênico Horse Ridge, os pesquisadores o compararam com um controlador de temperatura ambiente clássico. Acontece que a fidelidade da porta do sistema é muito alta (99,7%) e limitada não pelo controlador, mas pelos próprios qubits. Isso é uma excelente notícia para o desempenho do chip de controle criogênico.
Em seguida, a programabilidade do controlador foi apresentada usando um algoritmo quântico de dois qubits. O algoritmo Deutsch-Jozsa é um dos algoritmos mais simples e muito mais eficiente em um computador quântico do que em um computador tradicional. Isso demonstra a capacidade de programar o chip de controle com sequências arbitrárias de operações. Pensando de forma otimista, abrimos o caminho para a implementação no chip e um computador quântico verdadeiramente escalonável.
Fonte: Phys