Novo qubit robusto promete processador quântico em escala industrial

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/05/2019

Foto do protótipo e esquema do qubit baseado nos férmions de Majorana. [Imagem: Antonio Fornieri/Universidade de Copenhagen]

Qubit plano

Uma equipe da Dinamarca e dos EUA, liderada pelo professor Antonio Fornieri, construiu um chip de memória quântica que promete facilitar a fabricação dos computadores quânticos em larga escala.

Vários grupos estão tentando há anos construir um protótipo de computador quântico que a indústria possa escalonar, mas os blocos fundamentais da computação quântica, os qubits, ainda não são robustos o suficiente para funcionar no ambiente cheio de ruído de um computador de grande porte.

Uma teoria desenvolvida há apenas dois anos propôs uma maneira de tornar os qubits mais resilientes mediante uma combinação de um semicondutor, o arseneto de índio, com um supercondutor, o alumínio, em um dispositivo planar.

Agora, essa teoria foi confirmada experimentalmente e, melhor ainda para o escalonamento dos qubits, em um componente plano, como as bolachas de silício usadas para fizer os chips atuais, e robusto, graças às propriedades protetoras da combinação do semicondutor com o supercondutor.

"Nosso protótipo é um primeiro passo significativo no uso deste tipo de sistema para fazer bits quânticos que são protegidos contra perturbações. No momento, ainda precisamos de alguns ajustes - podemos melhorar o projeto e os materiais. Mas é uma estrutura potencialmente perfeita," afirmou Fornieri.

Qubit de Majorana

O alumínio e o arseneto de índio formaram um dispositivo, chamado junção Josephson, capaz de acomodar partículas de Majorana, que já se previra possuírem proteção topológica contra a decoerência - a decoerência é o fenômeno que marca a perda dos dados registrados em um qubit.

São os chamados férmions de Majorana de modo zero, quasipartículas que emergem na superfície dos supercondutores topológicos, que funcionam como qubits tolerantes a falhas e imunes a ruídos.

Também se sabia que o alumínio e o arseneto de índio funcionam bem juntos porque uma supercorrente pode fluir entre eles, uma vez que, diferentemente da maioria dos semicondutores, o arseneto de índio não possui uma barreira que impeça que os elétrons de um material entrem em outro. Desta forma, a supercondutividade do alumínio pode fazer as camadas superiores do arseneto de índio, que é um semicondutor, funcionarem como supercondutoras - por isso se diz que ele é um supercondutor topológico.

Agora falta montar o qubit plano junto a um processador quântico para checar sua robustez e, se tudo der certo, começar a fabricá-lo em larga escala.

Hoje, trilhões de transistores, as unidades básicas dos processadores eletrônicos, são postos nas pastilhas planas de silício. A expectativa é que o mesmo torne-se realidade para os computadores quânticos, com milhões de qubits operando harmoniosamente em dispositivos miniaturizados e fabricados em escala industrial.

• Super-rodovia para elétrons: Computadores quânticos à frente

Bibliografia:

Evidence of Topological Superconductivity in Planar Josephson Junctions
Antonio Fornieri, Alexander M. Whiticar, F. Setiawan, Elías Portolés, Asbjørn C. C. Drachmann, Anna Keselman, Sergei Gronin, Candice Thomas, Tian Wang, Ray Kallaher, Geoffrey C. Gardner, Erez Berg, Michael J. Manfra, Ady Stern, Charles M. Marcus, Fabrizio Nichele
Nature
Vol.: 569, pages 89-92
DOI: 10.1038/s41586-019-1068-8