Inovação em Chip Quântico Superou Grande Obstáculo no Campo

Físicos quânticos da Universidade de Copenhague deram um grande salto à frente no campo da tecnologia quântica, superando um grande obstáculo. A equipe operou simultaneamente vários qubits de spin no mesmo chip quântico, o que ajudará a levar a supercomputadores.

Um dos principais obstáculos para alcançar um grande computador quântico funcional é o controle dos muitos dispositivos de memória básicos, ou qubits, simultaneamente. Quando um qubit é controlado, geralmente há um efeito negativo por pulsos de controle simultâneos aplicados a outro.

A equipe que superou esse desafio incluiu um par de físicos quânticos do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague – o estudante de doutorado e pós-doutorado Frederico Fedele, e a professora assistente Anasua Chatterjee. Os dois estavam trabalhando no grupo do professor associado Ferdinand Kuemmeth.

O estudo foi publicado no jornal Physical Review X Quantum.

Nova Abordagem Com Qubits de Spin

Enquanto empresas como Google (GOOGL ) e IBM se concentraram em tecnologia de supercondutor para processadores quânticos, o grupo de pesquisa está olhando mais para qubits de semicondutor, ou qubits de spin.

“Em termos gerais, eles consistem em spins de elétrons presos em nanoestruturas semicondutoras chamadas pontos quânticos, de modo que os estados de spin individuais possam ser controlados e emaranhados entre si”, diz Fedele.

Qubits de spin podem manter seus estados quânticos por um longo tempo, o que potencialmente permite que eles realizem cálculos mais rápidos e precisos do que outras plataformas. Devido ao seu tamanho minúsculo, muitos mais deles podem caber em um chip em comparação com outras abordagens de qubits. Isso é importante, dado o fato de que mais qubits resultam em um maior poder de processamento do computador.

A equipe de pesquisa foi capaz de fabricar e operar quatro qubits em uma matriz 2×2 em um único chip.

Obtendo Qubits para se Comunicar

De acordo com Anasua Chatterjee, um dos objetivos mais importantes é fazer com que os qubits se comuniquem entre si.

“Agora que temos alguns qubits bastante bons, o nome do jogo é conectá-los em circuitos que possam operar vários qubits, enquanto também são complexos o suficiente para ser capazes de corrigir erros de cálculo quântico”, diz Chatterjee. “Até agora, a pesquisa em qubits de spin chegou ao ponto em que os circuitos contêm matrizes de 2×2 ou 3×3 qubits. O problema é que seus qubits são tratados um a um.”

O circuito quântico desenvolvido pela equipe é feito do material semicondutor arsenieto de gálio, e não é maior do que o tamanho de uma bactéria.

Chatterjee é uma das duas autoras principais do estudo.

“A coisa nova e realmente significativa sobre nosso chip é que podemos operar e medir simultaneamente todos os qubits. Isso nunca foi demonstrado antes com qubits de spin — nem com muitos outros tipos de qubits”, diz Chatterjee.

Para realizar cálculos quânticos, é importante operar e medir simultaneamente. Qubits são altamente sensíveis, e quando são medidos um a um, mesmo um pequeno ruído ambiente pode alterar a informação quântica em um sistema.

“Para obter processadores quânticos mais poderosos, precisamos não apenas aumentar o número de qubits, mas também o número de operações simultâneas, que é exatamente o que fizemos”, diz o professor Kuemmeth.

Outro grande desafio é que os 48 eletrodos de controle do chip devem ser ajustados manualmente, e eles precisam ser continuamente mantidos ajustados. Isso é uma tarefa demorada para humanos, então a equipe agora está procurando uma maneira de usar algoritmos de otimização e aprendizado de máquina para automatizar o processo.