Cientistas desenvolveram um novo tipo de chip de computador criogênico capaz de funcionar em temperaturas tão baixas que se aproxima do limite teórico do zero absoluto.
Este sistema criogênico, chamado Gooseberry, estabelece as bases para o que poderia ser uma revolução na computação quântica – permitindo que uma nova geração de máquinas executasse cálculos com milhares de qubits ou mais, enquanto os dispositivos mais avançados de hoje abrangem apenas dezenas.
“Os maiores computadores quânticos do mundo operam atualmente com apenas 50 qubits ou mais”, explica o físico quântico David Reilly, da Universidade de Sydney e do Laboratório Quantum da Microsoft.
“Essa pequena escala se deve em parte aos limites da arquitetura física que controla os qubits.”
Essa arquitetura física é restrita por causa das condições extremas que os qubits precisam para realizar cálculos de mecânica quântica.
Ao contrário dos bits binários em computadores tradicionais, que assumem um valor 0 ou 1, os qubits ocupam o que é conhecido como superposição quântica – um estado indefinido e não medido que pode efetivamente representar 0 e 1 ao mesmo tempo no contexto de um maior Operação matematica.
Este princípio esotérico da mecânica quântica significa que os computadores quânticos podem teoricamente resolver problemas matemáticos extremamente complexos que os computadores clássicos nunca seriam capazes de responder (ou levariam anos tentando).
Como com a tecnologia convencional, porém, mais é sempre melhor e, até o momento, os pesquisadores têm sido limitados em quantos qubits eles foram capazes de implantar com sucesso em sistemas quânticos.
Uma das razões para isso é que os qubits precisam de níveis extremos de frio para funcionar (além de outras condições controladas), e a fiação elétrica usada nos sistemas de computador quântico de hoje inevitavelmente produz níveis pequenos, mas suficientes de calor que interrompem os requisitos térmicos.
Os cientistas estão procurando maneiras de contornar isso, mas muitas inovações quânticas até agora dependeram de equipamentos de fiação volumosos para manter as temperaturas estáveis para aumentar a contagem de qubit, mas essa solução tem seus próprios limites.
“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”, diz Reilly.
“Eles são bonitos, mas fundamentalmente pouco práticos. Significa que não podemos aumentar a escala das máquinas para realizar cálculos úteis. Há um gargalo real de entrada e saída.”
A solução para esse gargalo poderia ser Gooseberry: um chip de controle criogênico que pode operar em temperaturas de ‘milikelvin’ apenas uma pequena fração de grau acima do zero absoluto, conforme descrito em um novo estudo.
Essa capacidade térmica extrema significa que ele pode ficar dentro do ambiente refrigerado superfrio com os qubits, fazendo interface com eles e passando sinais dos qubits para um núcleo secundário que fica do lado de fora em outro tanque extremamente frio, imerso em hélio líquido.
Ao fazer isso, ele remove todo o excesso de fiação e o excesso de calor que eles geram, o que significa que os gargalos de qubit contemporâneos na computação quântica podem em breve ser uma coisa do passado.
“O chip é o sistema eletrônico mais complexo para operar nessa temperatura”, explicou Reilly à Digital Trends.
“Esta é a primeira vez que um chip de sinal misto com 100.000 transistores opera a 0,1 kelvin, [o equivalente a] cerca de 459,49 graus Fahrenheit, ou aproximadamente 273,05 graus Celsius.”
Em última análise, a equipe espera que seu sistema possa permitir que milhares de qubits sejam controlados pelo chip criogênico – um aumento de aproximadamente 20 vezes em relação ao que é possível hoje. No futuro, o mesmo tipo de abordagem pode habilitar os computadores quânticos em um nível totalmente diferente.
“Por que não começar a pensar em bilhões de qubits?” Reilly disse ao Australian Financial Review. “Quanto mais qubits pudermos controlar, melhor.”
Embora possa levar algum tempo até que vejamos essa descoberta criogênica colocada em uso fora do laboratório, não há dúvida de que estamos dando um grande passo em frente na computação quântica, dizem os especialistas.
“Isso será transformador nos próximos anos”, disse Andrew White, diretor do Centro de Excelência para Sistemas Quânticos Projetados da ARC, que não estava envolvido no estudo, mas supervisiona a pesquisa quântica na Austrália.
“Se todo mundo [desenvolvendo computadores quânticos] não estiver usando esse chip, estará usando algo inspirado nele.”
Publicado em 03/02/2021 01h33
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