CPUs são construídas usando tecnologia de semicondutor, que é capaz de colocar bilhões de transistores em um único chip. Agora, pesquisadores do grupo de Menno Veldhorst da QuTech, uma colaboração entre a TU Delft e a TNO, mostraram que essa tecnologia pode ser usada para construir uma matriz bidimensional de qubits para funcionar como um processador quântico. Seu trabalho, um marco crucial para a tecnologia quântica escalonável, foi publicado hoje na Nature.
Os computadores quânticos têm o potencial de resolver problemas impossíveis de resolver com os computadores clássicos. Enquanto os dispositivos quânticos atuais contêm dezenas de qubits – o bloco de construção básico da tecnologia quântica -, um futuro computador quântico universal capaz de executar qualquer algoritmo quântico provavelmente consistirá de milhões a bilhões de qubits. Os qubits de pontos quânticos prometem ser uma abordagem escalonável, pois podem ser definidos usando técnicas de fabricação de semicondutores padrão. Veldhorst: “Ao colocar quatro desses qubits em uma grade dois por dois, demonstrando o controle universal sobre todos os qubits e operando um circuito quântico que emaranha todos os qubits, demos um passo importante na realização de uma abordagem escalável para computação quântica. ”
Um processador quântico inteiro
Elétrons presos em pontos quânticos, estruturas semicondutoras de apenas algumas dezenas de nanômetros de tamanho, foram estudados por mais de duas décadas como uma plataforma para informações quânticas. Apesar de todas as promessas, escalar além da lógica de dois qubit permaneceu ilusório. Para quebrar essa barreira, os grupos de Menno Veldhorst e Giordano Scappucci decidiram adotar uma abordagem totalmente diferente e começaram a trabalhar com lacunas (ou seja, elétrons ausentes) no germânio. Usando essa abordagem, os mesmos eletrodos necessários para definir os qubits também podem ser usados para controlá-los e enredá-los.
“Nenhuma grande estrutura adicional precisa ser adicionada ao lado de cada qubit, de forma que nossos qubits sejam quase idênticos aos transistores em um chip de computador”, disse Nico Hendrickx, estudante de graduação no grupo de Menno Veldhorst e primeiro autor do artigo. “Além disso, obtivemos excelente controle e podemos acoplar qubits à vontade, permitindo-nos programar portas de um, dois, três e quatro qubit, prometendo circuitos quânticos altamente compactos.”
2D é a chave
Depois de criar com sucesso o primeiro qubit de ponto quântico de germânio em 2019, o número de qubits em seus chips dobrou a cada ano. “Quatro qubits de forma alguma fazem um computador quântico universal, é claro”, diz Veldhorst. “Mas, ao colocar os qubits em uma grade de dois por dois, agora sabemos como controlar e acoplar os qubits em direções diferentes.” Qualquer arquitetura realista para integrar um grande número de qubits requer que eles sejam interconectados ao longo de duas dimensões.
Germânio como plataforma altamente versátil
Demonstrar a lógica de quatro qubit no germânio define o estado da arte para o campo de pontos quânticos e marca um passo importante em direção a grades de qubit semicondutoras bidimensionais e densas. Além de sua compatibilidade com a fabricação avançada de semicondutores, o germânio também é um material altamente versátil. Ele tem propriedades físicas interessantes, como acoplamento spin-órbita, e pode fazer contato com materiais como supercondutores. O germânio é, portanto, considerado uma excelente plataforma em várias tecnologias quânticas. Veldhorst: “Agora que sabemos como fabricar germânio e operar uma série de qubits, a rota da informação quântica do germânio pode realmente começar.”
Publicado em 25/03/2021 11h17
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