"Se este projeto for bem-sucedido, ele causará uma revolução na computação."

Essa é a previsão de Michael Manfra, Bill e Dee O'Brien, da Purdue University, Professor Titular de Física e Astronomia, Professor de Engenharia de Materiais e Professor de Engenharia Elétrica e de Computação, em uma nova colaboração aprimorada de longo prazo entre Purdue e Microsoft Corp. para construir um computador quântico robusto e escalável, produzindo o que os cientistas chamam de "qubit topológico".

O presidente da Purdue, Mitch Daniels, observou que Purdue foi o lar do primeiro departamento de ciência da computação dos Estados Unidos, e afirma que essa parceria e o trabalho da Manfra colocam a universidade na vanguarda da computação quântica.

"Algum dia, a computação quântica passará do laboratório para o uso diário real, e quando isso acontecer, vai sinalizar outra explosão de poder de computação como a provocada pelo chip de silício, "Daniels diz." É emocionante imaginar Purdue no centro deste próximo salto em frente. "

Nos computadores que usamos atualmente todos os dias, as informações são codificadas em um sistema binário ou / ou binário de bits, o que é comumente considerado como 1s e 0s. Esses computadores são baseados em transistores de silício, que, como um interruptor de luz, só pode estar na posição ligado ou desligado.

Com computadores quânticos, a informação é codificada em qubits, que são unidades quânticas de informação. Com um qubit, Contudo, este estado físico não é apenas 0 ou 1, mas também pode ser uma combinação linear de 0 e 1. Por causa de um estranho fenômeno da mecânica quântica chamado "superposição, "um qubit pode estar em ambos os estados ao mesmo tempo.

Esta característica é essencial para o poder potencial da computação quântica, permitindo soluções para problemas que são intratáveis ​​usando arquiteturas clássicas.

Os defensores da computação quântica acreditam que essa tecnologia nunca antes vista criará uma nova "economia quântica" global.

A equipe montada pela Microsoft trabalhará em um tipo de computador quântico que deverá ser especialmente robusto contra a interferência de seus arredores, uma situação conhecida na computação quântica como "decoerência". O "computador quântico topológico escalável" é teoricamente mais estável e menos sujeito a erros.

"Um dos desafios da computação quântica é que os qubits interagem com seu ambiente e perdem suas informações quânticas antes que os cálculos possam ser concluídos, "Manfra diz." A computação quântica topológica utiliza qubits que armazenam informações "não localmente" e as fontes de ruído externas têm menos efeito sobre o qubit, portanto, esperamos que seja mais robusto. "

Manfra diz que o desafio mais emocionante associado à construção de um computador quântico topológico é que a equipe da Microsoft deve resolver simultaneamente problemas de ciência dos materiais, Física de matéria condensada, engenharia elétrica e arquitetura de computadores.

"É por isso que a Microsoft reuniu um conjunto tão diversificado de pessoas talentosas para enfrentar este problema de grande escala, "Manfra diz." Nenhuma pessoa ou grupo pode ser especialista em todos os aspectos. "

Purdue e Microsoft firmaram um acordo em abril de 2016 que estende sua colaboração na pesquisa de computação quântica, efetivamente estabelecendo a "Estação Q Purdue, "um dos locais de pesquisa experimental da" Estação Q "que trabalham em estreita colaboração com dois locais da teoria da" Estação Q ".

O novo, acordo de vários anos estende essa colaboração, e inclui funcionários da Microsoft incorporados à equipe de pesquisa da Manfra em Purdue.

O grupo de Manfra na Station Q Purdue irá colaborar com Redmond, Membros da equipe da Microsoft com sede em Washington, bem como um grupo experimental global estabelecido pela Microsoft, incluindo grupos experimentais no Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague, na Dinamarca, TU Delft na Holanda, e a Universidade de Sydney, Austrália. Eles também estão associados aos teóricos da Microsoft Station Q em Santa Bárbara. Todos os grupos estão trabalhando juntos para resolver os maiores desafios da computação quântica.

"O que é empolgante é que estamos fazendo ciência e engenharia lado a lado, ao mesmo tempo, "Manfra diz." Temos sorte de fazer parte desta equipe global verdadeiramente incrível. "

O matemático e ganhador da Medalha Fields Michael Freedman lidera o Station Q da Microsoft em Santa Bárbara trabalhando em computação quântica.

"Existe outro planeta da computação lá fora, e nós, coletivamente, vão pousar nele. Realmente é como os velhos tempos da exploração física e muito mais interessante do que se trancar em uma garrafa e viajar pelo espaço. Encontraremos um mundo invisível incrível, uma vez que tivermos computadores quânticos programáveis ​​de uso geral, "Freedman diz." Michael Manfra e a Purdue University serão os principais colaboradores nessa jornada. Não estou interessado em fatorar números, mas resolvendo problemas de química e ciência dos materiais, e mais ambiciosamente inteligência de máquina. Curiosamente, precisamos de grande ciência de materiais e física de transporte - trabalho de Mike Manfra - para construir os sistemas que usaremos para fazer computação quântica e, portanto, para inaugurar a próxima era da ciência dos materiais. "

O papel de Purdue no projeto será desenvolver e estudar semicondutores ultra-puros e sistemas híbridos de semicondutores e supercondutores que podem formar a plataforma física sobre a qual um computador quântico é construído. O grupo de Manfra tem experiência em uma técnica chamada epitaxia por feixe molecular, e esta técnica será usada para construir sistemas de elétrons de baixa dimensão que formam a base para bits quânticos, ou qubits.

O trabalho em Purdue será feito no Birck Nanotechnology Center no Discovery Park da universidade, bem como no Departamento de Física e Astronomia. A instalação de Birck abriga o sistema epitaxia de feixe molecular multicâmara, em que três câmaras de fabricação são conectadas sob ultra-alto vácuo. Ele também contém fabricação de sala limpa e ferramentas de caracterização de materiais necessárias. Laboratórios para medição de baixa temperatura das propriedades eletrônicas dos materiais serão conduzidos no Departamento de Física e Astronomia.

Suresh Garimella, vice-presidente executivo de pesquisa e parcerias, e Goodson, professor distinto de Engenharia Mecânica de Purdue, diz que as ferramentas e laboratórios encontrados no Discovery Park permitiram que Purdue se tornasse um líder mundial em várias áreas.

"Combinando essas instalações líderes mundiais com nosso corpo docente incrivelmente talentoso e experiente, como o professor Manfra, colocou Purdue na vanguarda da pesquisa e desenvolvimento da nanotecnologia, nanoeletrônica, eletrônica de última geração baseada em transistor de silício, e computação quântica. Ter Purdue contribuindo para a construção do primeiro computador quântico do mundo é a realização de um sonho para nós, " ele diz.