Cientistas reduzem em dez vezes ‘ruído’ de semicondutores quânticos

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Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), na Austrália, criaram um semicondutor com o menor nível de ruído de bits quânticos, ou qubits, já demonstrado. De acordo com os autores, o estudo, publicado na revista Material Advances, pode abrir caminhos para o desenvolvimento de computadores quânticos em larga escala.

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Os algoritmos de computação quântica executados em hardwares a base de silício utilizam qubits de spins de elétrons, que são influenciados por campos magnéticos e elétricos. Para que um sistema possa conduzir cálculos úteis é necessário que as informações carregadas pelos qubits tenham uma precisão maior que 99%.

Algumas imperfeições, no entanto, resultam em ruídos que prejudicam o desempenho dos circuitos quânticos. Um dos principais entraves da computação quântica é diminuir o ‘ruído de carga’, explicam os pesquisadores. Isso porque as origens do fenômeno ainda não são completamente compreendidas, mas parecem ser específicas das plataformas que hospedam os qubits nos chips de silício.

Os pesquisadores da UNSW conseguiram aprimorar técnicas de fabricação de semicondutores, de modo que os circuitos desenvolvidos apresentaram uma incidência de ruídos até dez inferior, se comparados com registros anteriores.

Em julho, a multinacional americana Honeywell anunciou a criação do que afirma ser “o computador quântico mais avançado do mundo”. Imagem: Shutterstock

Os estudiosos reduziram impurezas no chip de silício e separaram os qubits nos estados de superfície e interface. Para medir o ruído, foram aplicados um transistor de elétrons e um par de qubits acoplados que, “coletivamente” forneceram um espectro de ruído de carga consistente”.

“Os resultados mostram que o silício é um excelente material para hospedar qubits. Com nossa habilidade de projetar todos os aspectos do ambiente [em que o qubits estão hospedados], provamos sistematicamente que os átomos de qubits em silício são reproduzíveis, rápidos e estáveis”, afirmou Michelle Simmons, autora correspondente do estudo, em comunicado.

Novos desafios

As análises indicaram que um fator chave que impacta no ruído de carga de um computador quântico é o tempo de processamento. “Pelo espectro de ruído que medimos, sabemos que quanto mais longo o cálculo, mais o ruído afeta nosso sistema”, afirmou o coautor do estudo Sam Gorman.

Simmons lembra que outro estudo do grupo demonstrou a habilidade de processar qubits em apenas um microssegundo – isto é, 0,001 milissegundos. “Esta pesquisa combinada com nossos resultados de ruído de carga mais baixo mostra que é possível alcançar uma precisão de 99,99% com qubits átomo em silício”, afirma a pesquisadora.

A cientista pontua que o próximo desafio é desenvolver um chip de silício 28 para capitalizar o longo período de coerência quântica do sistema – este fenômeno ocorre quando um sistema quântico existe numa sobreposição de dois ou mais estados simultâneos.

“Nossa equipe trabalha para entregar todos estes resultados-chave em um único dispositivo – rápido, estável, de alta fidelidade e com longos tempos de coerência – dando um grande passo para se aproximar de um processador quântico de silício em grande escala”.

Via: Phys.org