Em um artigo científico publicado na Nature Electronics, pesquisadores da Finlândia descrevem o desenvolvimento de um circuito que produz os sinais de micro-ondas de alta qualidade necessários para controlar computadores quânticos enquanto operam em temperaturas próximas do zero absoluto.
De acordo com o site Business Wire, esse é um passo importante para tornar possível aumentar significativamente o número de qubits em um processador quântico. Isso porque um dos fatores que limitam o tamanho dos computadores quânticos é o mecanismo geralmente usado para controlar os qubits nos processadores. Normalmente, esse controle é feito usando uma série de pulsos de micro-ondas.
Como os processadores quânticos operam em temperaturas próximas do zero absoluto, os pulsos de controle são normalmente levados ao ambiente resfriado por meio de cabos de banda larga a partir da temperatura ambiente. Conforme o número de qubits cresce, também aumenta o número de cabos necessários.
É isso que, segundo os cientistas, limita o tamanho potencial de um processador quântico, porque os refrigeradores teriam de ser maiores para acomodar mais cabos, ao mesmo tempo em que trabalham mais para resfriá-los.
Dispositivo garante 100 vezes mais energia aos processadores de computadores quânticos
Um consórcio de pesquisa que inclui a Universidade Aalto, o Centro de Pesquisa Técnica (VTT) da Finlândia e a IQM Quantum Computers desenvolveu agora um componente-chave da solução para esse enigma. “Construímos uma fonte de micro-ondas precisa que funciona na mesma temperatura extremamente baixa que os processadores quânticos, a uns 273 graus negativos”, disse o líder da equipe, Mikko Möttönen, professor da Aalto, membro do VTT e cofundador da IQM.
Möttönen explica que a nova fonte de micro-ondas é um dispositivo no chip que pode ser integrado a qualquer processador quântico. Com menos de um milímetro de tamanho, ele potencialmente elimina a necessidade de cabos de controle de alta frequência conectando diferentes temperaturas.
Com essa fonte de micro-ondas de baixa potência e baixa temperatura, é possível usar criostatos menores e, ao mesmo tempo, aumentar o número de qubits em um processador.
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“Nosso dispositivo produz 100 vezes mais energia do que as versões anteriores, o que é suficiente para controlar qubits e realizar operações de lógica quântica”, afirmou Möttönen. “Isso produz uma onda senoidal muito precisa, que oscila mais de 1 bilhão de vezes por segundo. Como resultado, os erros em qubits da fonte de micro-ondas são muito raros, o que é importante ao implementar operações precisas de lógica quântica”.
No entanto, uma fonte contínua de micro-ondas, como a produzida pelo dispositivo, não pode ser usada para controlar os qubits sem uma adaptação: primeiro, as micro-ondas devem ser moldadas em pulsos. Segundo Möttönen, a equipe, atualmente, está desenvolvendo métodos para ligar e desligar rapidamente a fonte de micro-ondas.
De qualquer forma, mesmo sem uma solução de comutação para criar pulsos, uma fonte de micro-ondas eficiente, de baixo ruído e baixa temperatura pode ser útil em uma série de tecnologias quânticas, como é o caso dos sensores quânticos. “Além de computadores quânticos e sensores, a fonte de micro-ondas pode atuar como um relógio para outros dispositivos eletrônicos”, diz Möttönen.
“Ela pode manter diferentes dispositivos no mesmo ritmo, permitindo-lhes induzir operações para vários qubits distintos no instante de tempo desejado”, explicou o pesquisador.
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