Avanço revolucionário abre as portas aos computadores quânticos

Paul Henderson-Kelly / UNSW.

Os investigadores Menno Veldhorst e Andrew Dzurak no laboratório da UNSW onde as experiências foram conduzidas

Um avanço significativo para a computação quântica foi feito por uma equipa da Universidade de New South Wales, em Sydney, na Austrália, que criou uma porta lógica quântica em silício, o mesmo material que é usado nos chips de computadores tradicionais.

“Estamos perante uma reviravolta do jogo da computação quântica”, afirmou um dos investigadores, Andrew Dzurak.

Um requisito fundamental para os computadores quânticos é que dois bits quânticos (ou qubits) se comuniquem e realizem cálculos juntos. Até agora, os cientistas só tinham alcançado esse objectivo usando dispositivos que contavam com tecnologias exóticas.

Neste novo estudo, os investigadores criaram um dispositivo eficiente usando essencialmente a mesma tecnologia dos computadores existentes, o que facilitará muito a fabricação de um processador em larga escala.

“Isto torna a construção de um computador quântico muito mais viável”, explica Dzurak no comunicado da instituição.

Os qubits

O avanço representa o componente físico final para cumprir a promessa de computadores quânticos super-poderosos baseados em silício.

Nos computadores clássicos os dados são processados como bits binários que estão sempre em um de dois estados: 0 ou 1.

No entanto, um qubit pode existir em ambos os estados ao mesmo tempo, uma condição conhecida como super-posição.

Uma operação qubit explora esta estranheza quântica, permitindo que muitos cálculos sejam executados em paralelo – por exemplo, um sistema de dois qubits executa a operação em 4 valores, um sistema de três qubit em 8, e assim por diante.

Por outras palavras, para os computadores quânticos se tornarem uma realidade, a capacidade de conduzir cálculos com um e dois qubits é essencial. Até agora, não tinha sido possível fazer dois bits quânticos “falarem” um com o outro – e, assim, criar uma porta lógica – usando silício.

A vantagem

O desafio na construção de portas lógicas quânticas é o facto de que, para que dois qubits “conversem”, precisam de estar incrivelmente próximos – geralmente dentro de 20 a 40 nano metros um do outro -, o que dificulta o seu controlo.

A equipa superou esse obstáculo ao copiar a configuração dos chips tradicionais. Nestes os bits binários são definidos por dispositivos semi-condutores minúsculos conhecidos como transístores. Cerca de um bilião desses transístores estão presentes em cada chip de silício no seu smartphone ou computador, por exemplo.

Tony Melov / UNSW

Conceito artístico do dispositivo de porta lógica de dois qubits

Os bits quânticos, por outro lado, são definidos pela rotação de um único electrão. Ao reconfigurar os transístores tradicionais para se associarem apenas com um electrão, a equipa de pesquisa foi capaz de fazê-los definirem qubits.

“Em seguida, armazenamos o código binário de 0 ou 1 no ‘spin’ do electrão, que está associado com o campo magnético minúsculo da partícula”, disse Menno Veldhorst, principal autor da pesquisa, que foi publicada na revista Nature.

E agora?

O resultado alcançado significa que todos os componentes físicos para um computador quântico baseado em silício já foram construídos com sucesso, permitindo que os engenheiros finalmente comecem a tarefa de projectar um computador quântico funcional.

O próximo passo do projecto é identificar os melhores parceiros na indústria para trabalharem em conjunto com os investigadores, a fim de fabricar processadores quânticos em grande escala.

Estes processadores teriam grandes aplicações nos sectores das finanças, segurança e saúde, permitindo coisas como a identificação e desenvolvimento de novos medicamentos (ao analisar compostos farmacêuticos e minimizar testes de tentativa e erro), o desenvolvimento de novos materiais mais leves e resistentes (como produtos electrónicos para aeronaves) e pesquisas mais rápidas em grandes bancos de dados.

ZAP / HypeScience