Cientistas e engenheiros da Universidade de Sydney e da Microsoft Corporation abriram o próximo capítulo na tecnologia quântica com a invenção de um único chip que pode gerar sinais de controle para milhares de qubits, os blocos de construção dos computadores quânticos.

"Para realizar o potencial da computação quântica, as máquinas precisarão operar milhares, senão milhões de qubits, "disse o professor David Reilly, um designer do chip que mantém uma posição conjunta com a Microsoft e a Universidade de Sydney.

"Os maiores computadores quânticos do mundo operam atualmente com apenas 50 qubits, "disse ele." Esta pequena escala se deve em parte aos limites da arquitetura física que controla os qubits. "

"Nosso novo chip põe fim a esses limites."

Os resultados foram publicados em Nature Electronics .

A maioria dos sistemas quânticos requer bits quânticos, ou qubits, para operar em temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15 graus). Isso é para evitar que eles percam sua "quanticidade", o caráter da matéria ou da luz que os computadores quânticos precisam para realizar seus cálculos especializados.

Para que os dispositivos quânticos façam algo útil, eles precisam de instruções. Isso significa enviar e receber sinais eletrônicos de e para os qubits. Com a arquitetura quântica atual, isso envolve muitos fios.

"As máquinas atuais criam uma bela série de fios para controlar os sinais; eles se parecem com um ninho de pássaros dourado invertido ou lustre. Eles são bonitos, mas fundamentalmente impraticável. Isso significa que não podemos aumentar a escala das máquinas para realizar cálculos úteis. Existe um gargalo real de entrada e saída, "disse o professor Reilly, também investigador-chefe do ARC Center for Engineered Quantum Systems (EQUS).

Engenheiro de Hardware Sênior da Microsoft, Dr. Kushal Das, um inventor conjunto do chip, disse:"Nosso dispositivo dispensa todos esses cabos. Com apenas dois fios transportando informações como entrada, pode gerar sinais de controle para milhares de qubits.

"Isso muda tudo para a computação quântica."

O chip de controle foi desenvolvido no Microsoft Quantum Laboratories da University of Sydney, uma parceria acadêmica-setor única que está mudando a maneira como os cientistas lidam com os desafios da engenharia.

"Construir um computador quântico é talvez a tarefa de engenharia mais desafiadora do século 21. Isso não pode ser alcançado trabalhando com uma pequena equipe em um laboratório universitário em um único país, mas precisa da escala oferecida por um gigante da tecnologia global como a Microsoft, "Professor Reilly disse.

"Por meio de nossa parceria com a Microsoft, não sugerimos apenas uma arquitetura teórica para superar o gargalo de entrada e saída, nós o construímos.

"Demonstramos isso projetando um chip de silício personalizado e acoplando-o a um sistema quântico, "disse ele." Estou confiante em dizer que este é o circuito integrado mais avançado já construído para operar em profundas temperaturas criogênicas. "

Se realizado, os computadores quânticos prometem revolucionar a tecnologia da informação, resolvendo problemas além do escopo dos computadores clássicos em campos tão diversos como a criptografia, Medicina, finança, inteligência artificial e logística.

Orçamento de energia

Os computadores quânticos estão em um estágio semelhante ao dos computadores clássicos na década de 1940. Máquinas como ENIAC, o primeiro computador eletrônico do mundo, salas necessárias de sistemas de controle para realizar qualquer função útil.

Levou décadas para superar os desafios científicos e de engenharia que agora permitem que bilhões de transistores se encaixem no seu telefone celular.

"Nossa indústria está enfrentando desafios talvez ainda maiores para levar a computação quântica além do estágio ENIAC, "Professor Reilly disse.

"Precisamos desenvolver chips de silício altamente complexos que operem a 0,1 Kelvin, "disse ele." Esse é um ambiente 30 vezes mais frio que o espaço profundo ".

A pesquisa de doutorado do Dr. Sebastian Pauka na Universidade de Sydney abrangeu grande parte do trabalho para fazer a interface de dispositivos quânticos com o chip. Ele disse:"Operar em temperaturas tão baixas significa que temos um orçamento de energia incrivelmente baixo. Se tentarmos colocar mais energia no sistema, superaquecemos tudo. "

Para alcançar seu resultado, os cientistas de Sydney e da Microsoft construíram o circuito integrado mais avançado para operar em temperaturas criogênicas.

"Fizemos isso projetando um sistema que opera próximo aos qubits sem atrapalhar suas operações, "Professor Reilly disse.

"Os sistemas de controle atuais para qubits são removidos a metros de distância da ação, por assim dizer. Eles existem principalmente em temperatura ambiente.

"Em nosso sistema, não precisamos sair da plataforma criogênica. O chip está bem ali com os qubits. Isso significa menor potência e velocidades mais altas. É um sistema de controle real para a tecnologia quântica."

Anos de engenharia

"Descobrir como controlar esses dispositivos leva anos de desenvolvimento de engenharia, "O professor Reilly disse." Para este dispositivo começamos há quatro anos, quando a Universidade de Sydney iniciou sua parceria com a Microsoft, que representa o maior investimento em tecnologia quântica na Austrália.

"Construímos muitos modelos e bibliotecas de design para capturar o comportamento dos transistores em temperaturas criogênicas profundas. Então, tivemos que construir dispositivos, faça com que sejam verificados, caracterizada e, finalmente, conectá-los aos qubits para vê-los funcionar na prática. "

Vice-Chanceler e Diretor da Universidade de Sydney, Professor Stephen Garton, disse:"Toda a comunidade universitária está orgulhosa do sucesso do Professor Reilly e esperamos muitos anos de parceria contínua com a Microsoft."

O professor Reilly disse que o campo agora mudou fundamentalmente. “Não se trata apenas de 'aqui está o meu qubit'. É sobre como você constrói todas as camadas e toda a tecnologia para construir uma máquina real.

'Nossa parceria com a Microsoft nos permite trabalhar com rigor acadêmico, com a vantagem de ver nossos resultados rapidamente colocados em prática. "

O Vice-Chanceler (Pesquisa), Professor Duncan Ivison, disse:"Nossa parceria com a Microsoft tem como objetivo concretizar a visão inspirada de David Reilly para habilitar a tecnologia quântica. É ótimo ver essa visão se tornando uma realidade."

O professor Reilly disse:"Se tivéssemos permanecido apenas na academia, esse chip nunca teria sido construído."

O cientista australiano disse que não para por aí.

"Estamos apenas começando nesta nova onda de inovação quântica, "disse ele." O bom da parceria é que não apenas publicamos um artigo e seguimos em frente. Agora podemos continuar com o projeto para concretizar a tecnologia quântica em escala industrial. "