Transstor usado como qubit deixa computador quntico mais prximo da realidade

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/12/2020

Transstor como qubit

Um consrcio de empresas e universidades europeias parece ter guardado o presente de Natal para o mundo da tecnologia da informao para depois das festas.

A equipe conseguiu usar transistores eletrnicos comuns, feitos de silcio, como qubits para computadores qunticos.

Ainda apenas uma demonstrao de conceito, mas um salto qualitativo sem precedentes rumo a processadores qunticos viveis tcnica e economicamente, e que possam conter um nmero de qubits suficiente para no deixar margens a dvidas quanto supremacia quntica.

Usando pastilhas com transistores comuns, fabricadas pela empresa francesa Leti, pesquisadores da Universidade de Copenhagen confirmaram que os transistores presentes nas pastilhas, produzidos industrialmente, so adequados como uma plataforma de qubits e, mais do que isso, uma plataforma que j se demonstrou operacional.

Transstor como qubit

A equipe j havia construdo em laboratrio um qubit usando um transstor operando com um nico eltron, mas agora, alm de passarem para o nvel industrial, eles saltaram para a segunda dimenso, criando uma matriz de qubits, que podem ento ser postos para operar conjuntamente.

Na verdade, o transstor funciona como um ponto quntico, s que um ponto quntico cujo controle bem conhecido da indstria microeletrnica – o controle feito por sinais eltricos transmitidos por eletrodos comuns, e no por campos magnticos.

“O que demonstramos que podemos realizar o controle de um nico eltron em cada um desses pontos qunticos. Isso muito importante para o desenvolvimento de um qubit, porque uma das maneiras possveis de fazer qubits usar o spin de um nico eltron. Portanto, atingir esse objetivo de controlar os eltrons individuais e fazer isso em uma matriz 2D de pontos qunticos foi muito importante para ns,” disse o pesquisador Fabio Ansaloni.

Trs configuraes duplas dos qubits (cada ponto vermelho representa um eltron).
[Imagem: Fabio Ansaloni et al. – 10.1038/s41467-020-20280-3]

Qubits de eltrons

Usar o spin dos eltrons como qubit tem-se mostrado um caminho promissor porque a natureza “silenciosa” dos spins faz com que eles fiquem quase imunes a interaes com o ambiente, um requisito importante para obter qubits de alto desempenho, que no percam os dados facilmente.

Alm disso, construir fileiras de qubits interagentes – em vez de qubits individuais – essencial para uma implementao mais eficiente das rotinas de correo de erros – a correo de erros qunticos permitir que os futuros computadores qunticos sejam tolerantes a falhas de qubit individuais durante os clculos.

Outro destaque do avano o fato de que os pesquisadores partiram de uma pastilha produzida industrialmente para fabricar seus qubits. Isso muito diferente do que a maioria das outras equipes que lidam com computao quntica est fazendo, criando seus qubits em laboratrio, e s depois se preocupando se eles podero ser fabricados industrialmente.

“Em primeiro lugar, produzir os componentes em uma fundio industrial uma necessidade. A escalabilidade de um processo industrial moderno essencial medida que comeamos a fazer matrizes maiores, por exemplo, para pequenos simuladores qunticos. Em segundo lugar, ao fazer um computador quntico, voc precisa de uma matriz em duas dimenses, e voc precisa de uma maneira de conectar o mundo externo a cada qubit. Se voc tiver 4, 5 conexes para cada qubit, rapidamente acabar com um nmero irreal de fios saindo da configurao de baixa temperatura. Mas o que conseguimos mostrar que podemos ter uma porta por eltron, e voc pode ler e controlar com a mesma porta. E, por ltimo, usando essas ferramentas, fomos capazes de mover e trocar eltrons nicos de forma controlada em torno da matriz, um desafio por si s,” resumiu a professora Anasua Chatterjee, uma das coordenadoras do consrcio.

Portas simples e duplas

O resultado apresentado mostra que agora possvel controlar eltrons individuais e realizar o experimento na ausncia de um campo magntico.

O prximo passo ser lidar com os spins na presena de um campo magntico. Isso ser essencial para implementar portas de um e dois qubits usando cada um dos qubits da fileira.

A teoria tem mostrado que um punhado de portas qubit simples e duplas, conhecidas como um “conjunto completo de portas qunticas”, so suficientes para permitir a computao quntica universal, ou seja, processadores qunticos no-dedicados, que possam ser programados para realizar qualquer computao, como os computadores eletrnicos atuais.

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