Os computadores quânticos têm o potencial de revolucionar a maneira como resolvemos problemas de computação complexos, desde a criação de inteligência artificial avançada até a simulação de reações químicas para criar a próxima geração de materiais ou drogas. Mas, na verdade, construir essas máquinas é muito difícil porque elas envolvem componentes exóticos e precisam ser mantidas em ambientes altamente controlados. E os que temos até agora não podem superar as máquinas tradicionais ainda.

Mas com uma equipe de pesquisadores do Reino Unido e da França, demonstramos que pode muito bem ser possível construir um computador quântico a partir de componentes eletrônicos convencionais à base de silício. Isso poderia abrir caminho para a fabricação em grande escala de computadores quânticos muito mais cedo do que seria possível.

O poder teórico superior dos computadores quânticos deriva das leis da nanoescala ou física "quântica". Ao contrário dos computadores convencionais, que armazenam informações em bits binários que podem ser "0" ou "1, "Os computadores quânticos usam bits quânticos (ou qubits) que podem estar em uma combinação de" 0 "e" 1 "ao mesmo tempo. Isso ocorre porque a física quântica permite que as partículas estejam em diferentes estados ou lugares simultaneamente.

O desenvolvimento de computadores quânticos ainda está em sua infância e várias tecnologias de hardware estão disponíveis, sem que nenhuma delas ainda domine. Os protótipos mais avançados são feitos atualmente de algumas dezenas de íons presos em uma câmara de vácuo ou de circuitos supercondutores mantidos em temperatura quase zero absoluta.

O desafio crucial é escalar esses pequenos demonstradores em grandes sistemas qubit interconectados que terão poder de computação suficiente para realizar tarefas úteis mais rápido do que os supercomputadores clássicos. Para este fim, outra tecnologia pode acabar sendo mais adequada. Surpreendentemente, esta pode ser a mesma tecnologia que hoje permite a nossa sociedade digital, o transistor de silício, a unidade básica de informação presente em todos os microprocessadores e chips de memória.

Existem duas razões principais pelas quais fazer um computador quântico de silício tem uma aura de grande interesse em torno dele. Primeiro, a implacável miniaturização dos dispositivos de silício liderada pela Lei de Moore possibilitou a fabricação de transistores com apenas algumas dezenas de átomos de largura. Esta é a escala em que as leis da física quântica começam a ser aplicadas.

Isso representa um limite físico que interrompeu qualquer nova miniaturização dos transistores de silício. Mas também promoveu novos usos da tecnologia de silício, conhecido como eletrônicos More-than-Moore. A principal dessas novas direções é a possibilidade de codificar um bit quântico de informação em cada transistor de silício, e, em seguida, usá-los para construir computadores quânticos em grande escala.

Ao reutilizar a mesma tecnologia que a indústria de microchip manipulou nos últimos 60 anos, também poderíamos aproveitar os investimentos anteriores em infraestrutura de vários bilhões de dólares e reduzir custos. Isso significa que toda a engenharia e processamento inteligentes necessários para o desenvolvimento da microeletrônica moderna poderiam ser adaptados para construir processadores quânticos cada vez mais poderosos.

Chip quântico de silício

Os experimentos realizados recentemente por nossas equipes de colaboração na Universidade de Cambridge, Hitachi R&D, University College London e CEA-LETI na França, e publicado em Nature Electronics sugerem que este casamento entre a eletrônica convencional e quântica pode ser realmente celebrado. Pegamos soluções de engenharia de circuitos de silício convencionais e as aplicamos para interconectar diferentes dispositivos quânticos em um chip. Isso trouxe a realização prática dos processadores quânticos um passo mais perto.

Desenvolvemos um circuito que opera em temperatura quase zero absoluta e emprega todos os transistores comerciais. Alguns deles são tão pequenos que podem ser usados ​​como qubits, enquanto outros são ligeiramente maiores e podem ser usados ​​para se conectar a diferentes qubits. Essa arquitetura é notavelmente semelhante à usada para a memória de acesso aleatório (RAM) nos laptops e smartphones de hoje.

No último meio século ou mais, os computadores comuns evoluíram de gabinetes do tamanho de uma sala cheios de tubos de vácuo para os atuais dispositivos portáteis baseados em microchip. Ainda há um longo caminho a percorrer antes que um computador quântico completo se torne disponível, mas a história pode muito bem se repetir. O atual progresso da pesquisa sugere que os processadores quânticos iniciais podem ser realizados com alguma tecnologia exótica primeiro. Mas agora que aprendemos que o silício pode ser usado para interconectar qubits com eficiência, o futuro quântico poderia ser feito de silício.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.