Novo computador quântico com chip de silício passa por importante teste

Temos um novo computador quântico para acompanhar nessa era Velho Oeste das pesquisas de computação quântica em que vivemos. E ele usa algumas partes que talvez você já conheça.

Pesquisadores de duas equipes trabalhando com a Intel relataram, em um par de estudo liberados nesta quarta-feira (14), avanços em uma nova arquitetura de computação quântica chamada de “spin qubits”. Eles, obviamente, não são os computadores quânticos de propósito completo do futuro, mas têm uma grande vantagem em relação a outros designs de computação quântica.

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“Fizemos esses qubits em chips de silício, parecidos com o que são usados em processos computacionais clássicos”, disse o autor do estudo Thomas Watson, da TU Delft, na Holanda, em entrevista ao Gizmodo. “A esperança é de que, ao fazer as coisas dessa maneira, podemos potencialmente escalar para números maiores, que são necessários para executar uma computação quântica útil.”

Para os não-iniciados, computadores quânticos viram as regras dos computadores de cabeça para baixo como o Mágico de OZ indo de preto e branco para colorido. Computadores clássicos executam todos seus cálculos convertendo dados em código binário. Cada zero ou um é representado por algum bit físico de duas escolhas. Computadores quânticos, por sua vez, usam qubits — bits quânticos que assumem os dois valores simultaneamente durante os cálculos. Pares de qubits conversam uns com os outros usando regras da mecânica quântica. Eles produzem valores de bit normais quando o usuário precisa de uma resposta. Você pode ler isto aqui se precisar de mais informações.

Existem várias maneiras de fisicamente construir esses qubits. Isso exige construir uma coleção de sistemas quânticos de dois estados que operam e se comunicam por meio das regras da mecânica quântica. O Google e a IBM usam peças minúsculas de eletrônicos super-resfriados e supercondutores. A IonQ (desenvolvedora de aplicações comerciais com computação quântica) espera usar átomos presos por lasers, com dois estados internos diferentes representando os dois estados qubits. A Microsoft quer usar uma física já existente, mas ainda não observada. Entretanto, existem outras maneiras.

Nesta quarta-feira, um grupo de pesquisas da TU Delft chamado QuTech anunciou que havia, com sucesso, testado dois “spin qubits” em hardwares fornecidos por pesquisadores da Universidade do Wisconsin. Esses qubits envolvem a interação de dois elétrons confinados em um chip de silício. Cada elétron tem uma propriedade chamada spin, que meio que o transforma em um ímã minúsculo, com dois estados: “up” e “down”. Os pesquisadores controlam os elétrons com ímãs reais de cobalto e pulsos de micro-ondas. Eles medem os spins do elétron observando como as cargas elétricas próximas reagem aos movimentos dos elétrons presos.

Esses pesquisadores, agora trabalhando em parceria com a Intel, conseguiram executar alguns algoritmos quânticos, incluindo o conhecido algoritmo de busca Grover (basicamente, eles conseguiam efetuar buscas por quatro itens dentro de uma lista), de acordo com o estudo publicado nesta quarta na Nature. Além disso, uma equipe de físicos liderada por Jason Petta, de Princeton, relatou na Nature que conseguiu casar partículas de luz, chamadas de fótons, com spins de elétron correspondentes. Isso significa que spin qubits distantes podem ser capazes de conversar uns com os outros usando fótons, o que permite computadores quânticos maiores.

“Isso te libera de precisar ter uma interação de maior proximidade possível”, Petta contou ao Gizmodo. “Você também pode combinar um spin de elétron com um fóton e conectar aquele fóton a qualquer outro spin ou circuito.”

Existem algumas vantagens nesses sistemas. A tecnologia de semicondutores atual poderia criar esses spin qubits, e eles seriam menores do que os chips supercondutores usados pela IBM. Além disso, eles permanecem quânticos (significando que podem preservar sua capacidade de manter valores simultâneos) por mais tempo do que outros sistemas.

“Ambos esses estudos relatam em cima de pesquisas feitas em refrigeradores de diluição, parecidos com aqueles usados para qubits supercondutores”, disse ao Gizmodo a pós-doutora Sydney Schreppler, da Universidade da Califórnia em Berkeley, que não esteve envolvida nos estudos. “Mas talvez exista um futuro em que eles operem em temperatura ambiente, diferentemente de qubits supercondutores. Você também pode contrastar isso com computadores quânticos de íon, que exigem um vácuo ultra-alto e múltiplos lasers de controle para se operar.”

Existem desvantagens também. Por esses qubits serem tão isolados, diz Schreppler, “é muito difícil medir esses spins e até mesmo mais difícil fazer com que eles interajam uns com os outros. É por isso que os tempos de entrada têm sido historicamente lentos para esses sistemas”. Ela também mencionou que os qubits exigiam estar bem próximos uns dos outros, motivo pelo qual ela estava especialmente empolgada com o trabalho da equipe de Petta. “Isso vai possibilitar interações de maior alcance”, afirmou, como qubits conversando uns com os outros de longe no mesmo chip ou mesmo em outro chip.

Ainda estamos em uma era inicial e meio nebulosa dos computadores quânticos, em que sistemas de menos de mil qubits só conseguem fazer cálculos bem limitados e cheios de ruídos, e os cientistas ainda estão trabalhando em arquiteturas de qubits físicos. No fim do dia, a vantagem da computação quântica comparada com a normal é a possibilidade de executar tarefas complexas, como decifrar criptografia (a NSA, nos EUA, tem desenvolvido seus próprios computadores quânticos), processar inteligência artificial e fatoração de números grandes. Para jogar videogame, seu bom e velho computador é mais eficiente para essa tarefa.

Então, pode ficar empolgado, mas não muito.

[Nature, Nature]

Imagem do topo por Intel