Pesquisadores e engenheiros da QuTech na Holanda e da Intel Corp., projetou e testou em conjunto um chip para controlar qubits que podem operar em temperaturas extremamente baixas, e abre a porta para resolver o "gargalo de fiação, "um passo importante em direção a um computador quântico escalável. Seus resultados são publicados na revista científica Natureza .

Cada unidade básica de um computador quântico, um qubit, normalmente é endereçado individualmente por um único fio. "Isso atrapalha um computador quântico escalável, já que milhões de qubits exigiriam milhões de fios ', explica o investigador líder Lieven Vandersypen da QuTech. "Isso é chamado de 'gargalo da fiação". Em computadores tradicionais, um processador moderno com bilhões de transistores tem apenas alguns milhares de conexões. As temperaturas criogênicas nas quais os qubits operam (20 milikelvin, ou cerca de -273 graus Celsius) complicam o uso de soluções tradicionais. "Esse chip simplesmente não suportaria as temperaturas extremas, portanto, um novo chip de controle criogênico foi projetado e testado.

Intel Horse Ridge

Engenheiros da Intel e QuTech - uma colaboração entre a Delft University of Technology e a TNO, a Organização dos Países Baixos para pesquisa científica aplicada - projetou um circuito integrado especial à base de silício capaz de suportar o frio (3 graus Celsius acima do zero absoluto) e também lidar com qubits. O chamado chip "Horse Ridge" deve o seu nome ao lugar mais frio do Oregon, o estado em que o laboratório Intel reside.

“Exploramos a mesma tecnologia adotada para o microprocessador convencional, a tecnologia CMOS. Para Horse Ridge, usamos especificamente a tecnologia FinFET de baixa potência de 22 nm da Intel ", disse o co-investigador Edoardo Charbon, chefe do Laboratório de Arquitetura Quântica Avançada da EPFL. "Como os dispositivos eletrônicos operam de maneira muito diferente em temperaturas criogênicas, usamos técnicas especiais no design do chip para garantir a operação correta e para conduzir os qubits com alta precisão. "Em última análise, o chip controlador e os qubits podem ser integrados na mesma matriz (já que são todos fabricados em silício) ou pacote, assim, aliviando ainda mais o gargalo da fiação.

Alta fidelidade e boa programação

Para avaliar a qualidade do chip de controle criogênico Horse Ridge, ele foi comparado com um controlador de temperatura ambiente clássico. Acontece que a fidelidade da porta do sistema é muito alta (99,7%) e limitada não pelo controlador, mas pelos próprios qubits. Isso é uma ótima notícia para o desempenho do chip de controle criogênico.

Próximo, a programabilidade do controlador foi apresentada usando um algoritmo quântico de dois qubit. O algoritmo Deutsch-Jozsa é um dos algoritmos mais simples e muito mais eficiente em um computador quântico do que em um computador tradicional. Isso demonstra a capacidade de programar o chip de controle com sequências arbitrárias de operações, e abre o caminho para a implementação no chip e um computador quântico verdadeiramente escalonável.