Computadores quânticos que são realmente úteis um passo mais perto graças ao novo processador de silício que pode conter milhões de qubits
Os cientistas dizem que atingiram “um ponto de inflexão crítico” depois de desenvolver uma tecnologia que torna os processadores quânticos baseados em silício mais viáveis.
A empresa de computação quântica Equal1 criou uma unidade de processamento quântico (QPU) que pode ser construída usando processos convencionais de fabricação de semicondutores. Isso anula a complexidade e os custos normalmente envolvidos na produção de processadores quânticos usando materiais exóticos ou técnicas complicadas.
A empresa também desenvolveu o que os representantes chamaram de “o chip controlador quântico mais complexo desenvolvido até hoje”. Isso pode operar em temperaturas ultrabaixas e abre caminho para milhões de qubits em um único chip – o que significa que pode lidar com um grande número de bits quânticos de informação simultaneamente, mantendo-os estáveis e precisos para cálculos.
Por outro lado, os chips quânticos mais poderosos de hoje abrigam apenas milhares de qubits e são construídos com supercondutores, todos exigindo resfriamento próximo ao zero absoluto para realizar cálculos quânticos.
Combinadas, as novas tecnologias “preparam o caminho para a próxima fase de computação quântica e demonstrar que a maneira mais rápida de escalar é aproveitar a infraestrutura de silício existente”, disseram representantes da Equal1 em um comunicado. declaração.
Impraticabilidades quânticas
Construir chips quânticos é um processo notoriamente difícil e caro. Ao contrário dos chips de computador normais, que dependem de bits binários para processar informações como 1s ou 0s, os chips quânticos usam qubitsque se baseiam nos princípios da mecânica quântica.
Qubits têm propriedades especiais que lhes permitem existir em vários estados simultaneamente – um fenômeno chamado superposição – e trabalhar juntos de uma forma que os bits tradicionais não conseguem por meio de um processo chamado emaranhamento. O processamento paralelo resultante permite que os computadores quânticos resolvam problemas muito além das capacidades dos sistemas clássicos.
No entanto, os qubits são incrivelmente frágeis. Eles só funcionam quando são mantidos em estado de coerência, o que significa que mantêm seu estado quântico por tempo suficiente para realizar cálculos. A coerência é facilmente perturbada por fatores ambientais, como mudanças de temperatura ou ruído eletromagnético — daí a necessidade de temperaturas extremamente baixas, para evitar interferências.
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Normalmente, os chips quânticos também são feitos com materiais exóticos ou personalizados, como metais supercondutores, que exigem processos de fabricação caros e complexos. A inovação da Equal1 é o uso de silício – um dos materiais mais abundantes e amplamente utilizados na indústria de semicondutores.
O silício fornece um ambiente estável para qubits, especialmente quando se usa uma mistura de materiais chamada silício germânio (SiGe). Em um estudo publicado em 2 de dezembro no banco de dados de pré-impressão arXivOs cientistas da Equal1 explicaram que o SiGe combina a estabilidade do silício com a capacidade do germânio de melhorar o desempenho eletrônico, tornando-o adequado para aplicações quânticas. Mais importante ainda, os chips SiGe podem ser produzidos usando os mesmos processos e fábricas que já são usados para fabricar chips de computador tradicionais, potencialmente fabricando processadores quânticos. mais barato e mais fácil de escalar.
Representantes da Equal1 disseram que seu array SiGe de 6 qubits – que é a parte do chip onde os qubits são criados e controlados – inovou em duas áreas principais: a precisão das operações de porta quântica e a velocidade com que essas operações são executadas.
Especificamente, o chip demonstrou uma fidelidade de porta de dois qubits de 99,4% com uma velocidade de operação de 84 nanossegundos e uma fidelidade de porta de dois qubits de 98,4% com uma velocidade de 72 nanossegundos. A alta precisão ou fidelidade em portas quânticas minimiza erros nos cálculos, enquanto velocidades de porta mais rápidas reduzem o risco de os qubits perderem suas propriedades quânticas durante as operações. Esses fatores determinar a precisão dos cálculos quânticos e a capacidade dos qubits de manter seus estados quânticos por tempo suficiente para completar operações complexas.
“Este resultado demonstra o enorme benefício dos qubits de silício – a capacidade de atingir o desempenho necessário para escalonamento em duas áreas principais – fidelidade e velocidade das portas quânticas.” Nodar Samkharadze, arquiteto quântico-chefe da Equal1, disse no comunicado.
Dando um toque nisso
Para garantir operações quânticas confiáveis, o dispositivo Equal1 usa “qubits de spin”. Spin qubits codificam informações em o estado de spin de um elétron. Em seu estudo, os cientistas disseram que os qubits de spin são particularmente adequados para integração com o silício porque o silício fornece um ambiente estável para os spins dos elétrons. Isso reduz o risco de os qubits perderem suas delicadas propriedades quânticas devido à interferência do ambiente.
Equal1 também desenvolveu um chip controlador quântico que usa uma arquitetura multi-tile; esse design divide um chip em vários blocos que podem operar de forma semi-independente. Essa arquitetura é fundamental para dimensionar sistemas quânticos porque permite que as funções de controle sejam distribuídas pelo chip, evitando os gargalos que podem ocorrer quando se depende de uma única unidade de processamento.
O controlador opera a 300 milikelvin – uma temperatura um pouco acima zero absoluto – o que permite gerenciar qubits com eficácia, mantendo as condições necessárias para a coerência. Os representantes da Equal1 disseram que o controlador também possui tecnologia de correção de erros orientada por inteligência artificial (IA), permitindo ajustes em tempo real que mantêm a estabilidade e a precisão das operações quânticas.
“Hoje marca um ponto de inflexão crítico para a Equal1 e para a indústria de computação quântica”, acrescentou Elena Blokhina, diretora científica da empresa, no comunicado. “Equal1 sempre acreditou que o silício é o veículo para escalar computadores quânticos e hoje, com esses resultados líderes mundiais em qubit e chip de controle, demos um grande passo em direção a essa visão.”
