Qubits, ou bits quânticos, são os principais blocos de construção no coração de cada computador quântico. Para realizar um cálculo, sinais são direcionados de e para qubits. Contudo, qubits são extremamente sensíveis à interferência de seu ambiente, e precisam ser protegidos de sinais externos, em particular de campos magnéticos. É um problema sério que os dispositivos construídos para proteger os qubits de sinais indesejados, conhecidos como dispositivos não recíprocos, produzem os próprios campos magnéticos. Além disso, eles têm vários centímetros de tamanho, o que é problemático, dado que um grande número de tais elementos é necessário em cada processador quântico.

Agora, cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria), simultaneamente com grupos concorrentes na Suíça e nos Estados Unidos, diminuíram o tamanho dos dispositivos não recíprocos em duas ordens de magnitude. O dispositivo deles, que eles comparam a uma rotatória de tráfego para fótons, tem apenas cerca de um décimo de milímetro de tamanho, e - mais importante - não é magnético. Seu estudo foi publicado na revista de acesso aberto Nature Communications .

Quando os pesquisadores querem receber um sinal como um fóton de micro-ondas de um qubit, ao mesmo tempo que evita que ruídos e outros sinais espúrios viajem em direção ao qubit, eles usam dispositivos não recíprocos, como isoladores ou circuladores. Esses dispositivos controlam o tráfego de sinal, semelhante à forma como o tráfego é regulado na vida cotidiana. "Imagine uma rotatória em que você só possa dirigir no sentido anti-horário, "explica o primeiro autor, Dr. Shabir Barzanjeh, pós-doutorado no grupo do Professor Johannes Fink no IST Áustria. "Na saída número um, no fundo, aí está o nosso qubit. Seu sinal fraco pode ir para a saída número dois no topo. Mas um sinal vindo da saída número dois não pode viajar o mesmo caminho de volta ao qubit. É forçado a viajar no sentido anti-horário, e antes de chegar à saída um, encontra a saída três. Lá, nós o bloqueamos e evitamos que prejudique o qubit. "

As 'rotundas' que o grupo projetou consistem em circuitos de alumínio em um chip de silício e são as primeiras a serem baseadas em osciladores micromecânicos:dois pequenos feixes de silício oscilam no chip como as cordas de uma guitarra e interagem com o circuito elétrico. Esses dispositivos são minúsculos em tamanho - apenas cerca de um décimo de milímetro de diâmetro. Esta é uma das principais vantagens do novo componente sobre seus antecessores tradicionais, que tinham alguns centímetros de largura.

Atualmente, apenas alguns qubits foram usados ​​para testar os princípios dos computadores quânticos, mas no futuro, milhares ou mesmo milhões de qubits serão conectados juntos, e muitos desses qubits exigirão seu próprio circulador. "Imagine construir um processador que tenha milhões de componentes do tamanho de um centímetro. Seria enorme e impraticável, "diz Shabir Barzanjeh." Usar nossos circuladores não magnéticos e muito compactos no chip torna a vida muito mais fácil. "No entanto, alguns obstáculos precisam ser superados antes que os dispositivos sejam usados ​​para esta aplicação específica. Por exemplo, a largura de banda do sinal disponível ainda é muito pequena, e os poderes de drive necessários podem prejudicar os qubits. Contudo, os pesquisadores estão confiantes de que esses problemas serão solucionáveis.