A maioria dos computadores quânticos desenvolvidos em todo o mundo só funcionará em frações de grau acima do zero absoluto. Isso requer refrigeração de vários milhões de dólares e, assim que você os conecta a circuitos eletrônicos convencionais, eles sobreaquecem instantaneamente.

Mas agora os pesquisadores liderados pelo professor Andrew Dzurak da UNSW Sydney abordaram esse problema.

"Nossos novos resultados abrem um caminho de dispositivos experimentais a computadores quânticos acessíveis para negócios do mundo real e aplicações governamentais, "diz o professor Dzurak.

A célula unitária do processador quântico de prova de conceito dos pesquisadores, em um chip de silício, funciona a 1,5 Kelvin - 15 vezes mais quente do que a principal tecnologia baseada em chip concorrente desenvolvida pelo Google, IBM, e outros, que usa qubits supercondutores.

"Ainda está muito frio, mas é uma temperatura que pode ser alcançada usando apenas alguns milhares de dólares de refrigeração, em vez dos milhões de dólares necessários para resfriar os chips para 0,1 Kelvin, "explica Dzurak.

"Embora seja difícil avaliar usando nossos conceitos cotidianos de temperatura, esse aumento é extremo no mundo quântico. "

Espera-se que os computadores quânticos superem os convencionais em uma série de problemas importantes, desde a fabricação de medicamentos de precisão até algoritmos de pesquisa. Projetar um que possa ser fabricado e operado em um ambiente real, Contudo, representa um grande desafio técnico.

Os pesquisadores da UNSW acreditam ter superado um dos mais difíceis obstáculos que impedem os computadores quânticos de se tornarem realidade.

Em artigo publicado na revista Natureza hoje, A equipe de Dzurak, junto com colaboradores no Canadá, Finlândia e Japão, relatar uma célula de unidade de processador quântico de prova de conceito que, ao contrário da maioria dos designs explorados em todo o mundo, não precisa operar em temperaturas abaixo de um décimo de Kelvin.

A equipe de Dzurak anunciou seus resultados experimentais por meio do arquivo acadêmico de pré-impressão em fevereiro do ano passado. Então, em outubro de 2019, um grupo na Holanda liderado por um ex-pesquisador de pós-doutorado no grupo de Dzurak, Menno Veldhorst, anunciou um resultado semelhante usando a mesma tecnologia de silício desenvolvida na UNSW em 2014. A confirmação desse comportamento de 'qubit quente' por dois grupos em lados opostos do mundo levou os dois artigos a serem publicados 'consecutivamente' no mesma questão de Natureza hoje.

Os pares Qubit são as unidades fundamentais da computação quântica. Como seu análogo de computação clássico - o bit - cada qubit caracteriza dois estados, um 0 ou um 1, para criar um código binário. Ao contrário de um pouco, Contudo, pode manifestar os dois estados simultaneamente, no que é conhecido como "superposição".

A célula unitária desenvolvida pela equipe de Dzurak compreende dois qubits confinados em um par de pontos quânticos embutidos em silício. O resultado, ampliados, pode ser fabricado usando fábricas de chips de silício existentes, e funcionaria sem a necessidade de resfriamento de vários milhões de dólares. Também seria mais fácil de integrar com chips de silício convencionais, que será necessário para controlar o processador quântico.

Um computador quântico capaz de realizar os cálculos complexos necessários para projetar novos medicamentos, por exemplo, exigirá milhões de pares qubit, e é geralmente aceito como pelo menos uma década de distância. Essa necessidade de milhões de qubits representa um grande desafio para os designers.

"Cada par de qubit adicionado ao sistema aumenta o calor total gerado, "explica Dzurak, "e o aquecimento adicional leva a erros. É principalmente por isso que os projetos atuais precisam ser mantidos tão próximos do zero absoluto."

A perspectiva de manter computadores quânticos com qubits suficientes para serem úteis em temperaturas muito mais frias do que o espaço profundo é assustadora, caro e leva a tecnologia de refrigeração ao limite.

A equipe UNSW, Contudo, criaram uma solução elegante para o problema, inicializando e "lendo" os pares de qubit usando tunelamento de elétrons entre os dois pontos quânticos.

Os experimentos de prova de princípio foram realizados pelo Dr. Henry Yang da equipe UNSW, que Dzurak descreve como um "experimentalista brilhante".