A QuTech resolveu um grande problema no caminho para um computador quântico funcional de grande escala. QuTech, uma colaboração de TU Delft e TNO, e a Intel projetou e fabricou um circuito integrado que pode controlar qubits em temperaturas extremamente baixas. Isso abre caminho para a integração crucial de qubits e seus componentes eletrônicos de controle no mesmo chip. Os cientistas apresentaram suas pesquisas durante a Conferência ISSCC em San Francisco.

Computadores quânticos

"Este resultado nos aproxima de um computador quântico de grande escala que pode resolver problemas intratáveis ​​até mesmo pelos supercomputadores mais poderosos. As soluções para esses problemas podem ter um forte impacto na vida cotidiana, por exemplo, nos campos da medicina e energia, "disse o chefe de equipe Fabio Sebastiano da QuTech e da Faculdade de Engenharia Elétrica, Matemática e Ciência da Computação.

Temperaturas extremas

"Há muitos problemas a serem resolvidos antes de termos um computador quântico de grande escala em funcionamento, "disse Sebastiano." As informações quânticas armazenadas nos qubits podem se degradar rapidamente e se tornar inutilizáveis, a menos que os qubits sejam resfriados a temperaturas muito próximas do zero absoluto (-273 graus Celsius, ou 0 Kelvin). Por esta razão, os qubits normalmente operam dentro de refrigeradores especiais a temperaturas tão baixas quanto 0,01 K, controlado por eletrônicos convencionais trabalhando em temperatura ambiente. "

Aumentando a escala

Um fio é necessário para conectar cada qubit à eletrônica de controle. Embora isso seja viável para o pequeno número de qubits agora em operação, a abordagem se tornará impraticável para os milhões de qubits necessários em computadores quânticos úteis. "Seria equivalente a pegar a câmera de 12 megapixels do seu celular e tentar conectar individualmente cada um dos milhões de pixels a um circuito eletrônico separado, "disse Sebastiano." Uma solução mais viável é operar a eletrônica controlando os qubits em temperaturas extremamente baixas (criogênicas), para que possam ser colocados o mais próximo possível dos qubits. "

Horse Ridge

A QuTech se uniu à Intel para enfrentar esse desafio específico. O resultado é chamado Horse Ridge - um circuito integrado que leva o nome de um dos pontos mais frios do Oregon. Sebastiano:"Nós projetamos e fabricamos um circuito integrado CMOS capaz de controlar até 128 qubits, que pode operar a 3 K (-270 ° C) e, portanto, pode ser descrito como um circuito crio-CMOS. "

CMOS (semicondutor de óxido de metal complementar) é a mesma tecnologia empregada para microprocessadores padrão. Usar o CMOS, portanto, permite a fabricação confiável de circuitos muito complexos que compreendem bilhões de componentes elétricos, conforme necessário para computadores quânticos de grande escala.

Circuito integrado e qubit

Os pesquisadores demonstraram experimentalmente a operação adequada do circuito integrado e a capacidade de conduzir um qubit de spin real. Os qubits de spin estão entre os candidatos de qubit promissores para um computador quântico de grande escala. Sebastiano:"Este é o circuito crio-CMOS mais complexo já demonstrado, e o primeiro capaz de conduzir um qubit de spin. "

Um chip

O próximo desafio é fechar a lacuna de temperatura restante. "Espera-se que os qubits de rotação funcionem a temperaturas ligeiramente mais altas do que as alcançadas agora, diga acima de 1, 5 K, "disse Sebastiano." Nosso circuito crio-CMOS agora funciona a 3 K. Se pudermos preencher essa lacuna de temperatura, poderíamos integrar os qubits e seus componentes eletrônicos de controle no mesmo pacote ou chip, conseguindo assim um sistema extremamente compacto. "