Uma equipe da Universidade de Sydney e da Microsoft, em colaboração com a Stanford University nos EUA, miniaturizou um componente essencial para o aumento de escala da computação quântica. O trabalho constitui a primeira aplicação prática de uma nova fase da matéria, descoberto pela primeira vez em 2006, os chamados isoladores topológicos.

Além das fases familiares da matéria - sólida, líquido, ou gás - isoladores topológicos são materiais que operam como isolantes na maior parte de suas estruturas, mas têm superfícies que atuam como condutores. A manipulação desses materiais fornece um caminho para construir os circuitos necessários para a interação entre os sistemas quântico e clássico, vital para construir um computador quântico prático.

O trabalho teórico que sustentou a descoberta desta nova fase da matéria foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física 2016.

O componente da equipe de Sydney, inventou um circulador de microondas, age como uma rotatória, garantindo que os sinais elétricos se propaguem apenas em uma direção, no sentido horário ou anti-horário, como requerido. Dispositivos semelhantes são encontrados em estações-base de telefones celulares e sistemas de radar, e será necessário em grandes quantidades na construção de computadores quânticos. Uma grande limitação, até agora, é que os circuladores típicos são objetos volumosos do tamanho da sua mão.

Esta invenção, relatado pela equipe de Sydney hoje no jornal Nature Communications , representa a miniaturização do dispositivo circulador comum por um fator de 1000. Isso foi feito explorando as propriedades dos isoladores topológicos para diminuir a velocidade da luz no material. Essa minaturação abre caminho para que muitos circuladores sejam integrados em um chip e fabricados nas grandes quantidades que serão necessárias para construir computadores quânticos.

O líder da equipe de Sydney, Professor David Reilly, explicou que o trabalho para aumentar a escala da computação quântica está gerando avanços em áreas relacionadas da eletrônica e da nanociência.

"Não se trata apenas de qubits, os blocos de construção fundamentais para máquinas quânticas. A construção de um computador quântico em grande escala também exigirá uma revolução na computação clássica e na engenharia de dispositivos, "Professor Reilly disse.

"Mesmo se tivéssemos milhões de qubits hoje, não está claro se temos a tecnologia clássica para controlá-los. A realização de um computador quântico ampliado exigirá a invenção de novos dispositivos e técnicas na interface quântica clássica. "

A autora principal do artigo e candidata a PhD Alice Mahoney disse:"Esses circuladores compactos podem ser implementados em uma variedade de plataformas de hardware quântico, independentemente do sistema quântico particular usado. "

Um computador quântico prático ainda está a alguns anos de distância. Os cientistas esperam ser capazes de realizar cálculos atualmente insolúveis com computadores quânticos que terão aplicações em campos como química e design de drogas, modelagem climática e econômica, e criptografia.