A computação quântica é algo bastante complexo, e um de seus principais problemas é exigir materiais exóticos para criar seus circuitos igualmente exóticos. Agora, uma equipe de pesquisadores conseguiu criar a primeira porta lógica quântica do mundo usando o bom e velho silício.

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Engenheiros da Universidade de Nova Gales do Sul (Austrália) desenvolveram um dispositivo que permite a dois bits quânticos – conhecidos como qubits – se comunicarem um com o outro. Isso foi realizado em silício, e poderia tornar realidade um computador quântico mais prático.

Zero e um ao mesmo tempo

Normalmente, as informações digitais são armazenadas como bits que assumem um estado de 0 ou 1. Mas, em um computador quântico, qubits podem assumir um estado de 0, 1, ou zero e um ao mesmo tempo. É algo que parece contraditório, mas realmente acontece – saiba mais detalhes aqui.

O qubit tem a capacidade de ser 0 e 1 simultaneamente. Em tese, isso permite que um computador quântico rode muitos cálculos em paralelo, sendo incrivelmente rápido.

O problema é que um computador quântico deve ser capaz de executar operações não apenas dentro de um único qubit, mas entre um qubit e outro.

Tais processos podem ser usados para criar o que se chama de porta lógica: pegar dois valores e devolver um resultado com base em uma regra simples. Isso já foi feito antes na computação quântica, mas exige o uso de materiais exóticos.

Silício quântico

Andrew Dzurak, que liderou a pesquisa, usou conceitos de transistores existentes para que dois qubits de silício se comunicassem de forma confiável um com o outro.

Para fazer isso, a equipe usou transistores não muito diferentes dos que você encontra no seu computador ou smartphone, e os reconfigurou para que cada um tivesse apenas um elétron associado a ele.

Aí está o pulo do gato: como o estado de um bit quântico pode ser definido pela rotação de um único elétron, cada transistor virou basicamente um qubit.

Em um artigo publicado na revista Nature, a equipe mostra que eles podem usar eletrodos de metal nos transistores para controlar os qubits e fazê-los interagir um com o outro.

“Uma descoberta chave foi abordar cada qubit de forma independente, apenas controlando a tensão em um eletrodo de porta de metal acima dele”, explica Dzurak. “Isso realmente simplifica a operação de lógica em um e dois qubits.”

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Representação artística de um processador de computador quântico de silício em grande escala, com milhares de qubits individuais.

Este é um grande avanço, principalmente porque o mundo da computação depende bastante do silício. Como a abordagem da equipe basicamente reutiliza uma tecnologia existente, deve ser possível criar um chip quântico em escala muito mais cedo usando essa abordagem do que qualquer outra.

No entanto, isso não quer dizer que será fácil. “Ainda há muita engenharia a ser feita para alcançar os layouts de fiação necessários para fazer operações de leitura e escrita em milhares ou milhões de qubits”, explica Dzurak.

Mesmo assim, ele avalia que “um chip com dezenas ou centenas de qubits CMOS poderia ser feito nos próximos cinco anos”, se houver investimento suficiente.

Por isso, o laboratório da equipe vai trabalhar em estreita colaboração com as fabricantes e designers de chips para criar protótipos funcionais com dezenas de qubits. [Nature via UNSW]


Imagens por Tony Melov/UNSW