Espera-se que a computação quântica eficiente permita avanços que são impossíveis com os computadores clássicos. Cientistas do Japão e de Sydney colaboraram e propuseram um novo design bidimensional que pode ser construído usando a tecnologia de circuito integrado existente. Este projeto resolve problemas típicos enfrentados pela embalagem tridimensional atual para computadores quânticos ampliados, trazendo o futuro um passo mais perto.

A computação quântica está se tornando cada vez mais o foco de cientistas em áreas como física e química, e industriais da indústria farmacêutica, avião, e indústrias automobilísticas. Globalmente, laboratórios de pesquisa em empresas como Google e IBM estão gastando recursos extensos no aprimoramento de computadores quânticos, e com razão. Os computadores quânticos usam os fundamentos da mecânica quântica para processar quantidades significativamente maiores de informações com muito mais rapidez do que os computadores clássicos. Espera-se que, quando a computação quântica com correção de erros e tolerante a falhas for alcançada, o avanço científico e tecnológico ocorrerá em uma escala sem precedentes.

Mas construir computadores quânticos para computação em grande escala está provando ser um desafio em termos de arquitetura. As unidades básicas de um computador quântico são os "bits quânticos" ou "qubits". Normalmente são átomos, íons, fótons, partículas subatômicas, como elétrons, ou mesmo elementos maiores que existem simultaneamente em vários estados, tornando possível obter vários resultados potenciais rapidamente para grandes volumes de dados. O requisito teórico para computadores quânticos é que eles sejam organizados em matrizes bidimensionais (2-D), onde cada qubit é acoplado com seu vizinho mais próximo e conectado às linhas e dispositivos de controle externos necessários. Quando o número de qubits em uma matriz aumenta, torna-se difícil alcançar qubits no interior do array a partir da borda. A necessidade de resolver este problema até agora resultou em sistemas de fiação tridimensionais (3-D) complexos em vários planos em que muitos fios se cruzam, tornando sua construção um desafio significativo de engenharia.

Um grupo de cientistas da Universidade de Ciência de Tóquio, Japão, RIKEN Center for Emergent Matter Science, Japão, e Universidade de Tecnologia, Sydney, liderado pelo Prof Jaw-Shen Tsai, propõe uma solução única para este problema de acessibilidade de qubit, modificando a arquitetura do array de qubit. "Aqui, resolvemos este problema e apresentamos uma microarquitetura supercondutora modificada que não requer nenhuma tecnologia de linha externa 3-D e reverte para um design completamente plano, "eles escrevem. O estudo foi publicado no New Journal of Physics .

Os cientistas começaram com uma matriz de rede quadrada de qubit e estenderam cada coluna no plano 2-D. Eles então dobraram cada coluna sucessiva uma sobre a outra, formando uma matriz unidimensional dupla chamada matriz bilinear. Isso colocou todos os qubits no limite e simplificou o arranjo do sistema de fiação necessário. O sistema é 2-D. Nesta nova arquitetura, parte da fiação inter-qubit - cada qubit também está conectado a todos os qubits adjacentes em uma matriz - se sobrepõe, mas porque essas são as únicas sobreposições na fiação, sistemas 3-D locais simples, como pontes aéreas no ponto de sobreposição, são suficientes e o sistema em geral permanece em 2-D. Como você pode imaginar, isso simplifica consideravelmente sua construção.

Os cientistas avaliaram a viabilidade desse novo arranjo por meio de avaliação numérica e experimental em que testaram quanto de um sinal foi retido antes e depois de passar por uma ponte aérea. Os resultados de ambas as avaliações mostraram que é possível construir e executar este sistema usando a tecnologia existente e sem qualquer arranjo 3-D.

Os experimentos dos cientistas também mostraram que sua arquitetura resolve vários problemas que afetam as estruturas 3-D:são difíceis de construir, há diafonia ou interferência de sinal entre as ondas transmitidas por dois fios, e os estados quânticos frágeis dos qubits podem se degradar. O novo design pseudo-2-D reduz o número de vezes que os fios se cruzam, reduzindo assim a diafonia e consequentemente aumentando a eficiência do sistema.

Em um momento em que grandes laboratórios em todo o mundo estão tentando encontrar maneiras de construir computadores quânticos tolerantes a falhas em grande escala, as descobertas deste excitante novo estudo indicam que tais computadores podem ser construídos usando a tecnologia de circuito integrado 2-D existente. "O computador quântico é um dispositivo de informação que deve exceder em muito as capacidades dos computadores modernos, "Afirma o professor Tsai. A pesquisa nessa direção apenas começou com este estudo, e o Prof Tsai conclui dizendo:"Estamos planejando construir um circuito em pequena escala para examinar e explorar a possibilidade."