Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/01/2022
O dispositivo nanoeletrônico de silício usado para conter o processador quântico foi construído pela equipe australiana usando métodos compatíveis com os padrões da indústria para chips de computador eletrônicos.
Erros na computação quântica
Nada menos do que três equipes independentes, cada uma utilizando seus próprios chips, demonstraram que é possível fazer computação quântica baseada no silício praticamente sem erros.
Os erros representam atualmente o maior dos entraves ao aumento do número de qubits dos processadores quânticos porque esses qubits, qualquer que seja o seu tipo, são muito sensíveis a qualquer interferência ambiental, o que inclui uns interferindo com os outros.
As três equipes ultrapassaram os 99,5% de confiabilidade (menos de 0,5% de erros) usando qubits de spin - cada qubit é o núcleo de um átomo ou um elétron - montados em chips de silício.
Isso diminui drasticamente a preocupação com a correção de erros nos computadores quânticos.
"Quando os erros são tão raros, torna-se possível detectá-los e corrigi-los quando ocorrem. Isso mostra que é possível construir computadores quânticos com escala e potência suficientes para lidar com computação significativa," disse o professor Andrea Morello, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, líder de uma das equipes.
Ilustração artística de uma operação usando dois qubits de spin, como a realizada pela equipe dos Países Baixos.
[Imagem: Marieke de Lorijn for QuTech]
Computação quântica sem erros
Morello e sua equipe alcançaram fidelidades de operação de 1 qubit de até 99,95%, e fidelidade de 2 qubits de 99,37%, ambos em um sistema de três qubits, composto por um elétron e dois átomos de fósforo, introduzido no silício por meio de implantação de íons.
Xiao Xue e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Delft, nos Países Baixos, alcançaram 99,87% de fidelidade de 1 qubit e 99,65% de 2 qubits, usando spins de elétrons em pontos quânticos formados em uma pilha de silício e liga de silício-germânio (Si/SiGe).
Akito Noiri e seus colegas do Instituto Riken, no Japão, alcançaram 99,84% de fidelidade de 1 qubit e 99,51% de 2 qubits em um sistema de dois elétrons usando pontos quânticos Si/SiGe.
Todos os computadores, quânticos ou não, exigem alguma forma de correção de erros e redundância de dados, mas as leis da física quântica impõem severas restrições sobre como a correção ocorre no computador quântico.
"Você normalmente precisa de taxas de erro abaixo de 1 por cento, para aplicar protocolos de correção de erros quânticos. Tendo agora alcançado esse objetivo, podemos começar a projetar processadores quânticos de silício que aumentam e operam de forma confiável para cálculos úteis," disse o professor Morello.
Chip quântico de silício usado pela equipe do Instituto Riken.
Outra boa notícia, e muito significativa, é que todas as três equipes estão trabalhando com qubits implantados no silício, o que significa que, ao tentar construir processadores maiores, eles podem aproveitar toda a tecnologia já desenvolvida para a microeletrônica, que é baseada nesse semicondutor.
Todos os processadores quânticos que já estão em operação trabalham com qubits supercondutores, que exigem grandes aparatos criogênicos para mantê-los próximo do zero absoluto, justamente para evitar os erros.
Os qubits de silício podem, potencialmente, funcionar até a temperatura ambiente, além de manter a informação por longos períodos. Mas seu desenvolvimento até agora estava bem atrás, devido à dificuldade de manter cada qubit isolado, para evitar os erros, mas não tão isolados que impeça que eles atuem em conjunto, para fazer os cálculos.
Esses avanços obtidos na correção de erros, juntamente com progressos recentes de outras equipes, como a possibilidade de construir um processador quântico de silício átomo por átomo, deverão dar um impulso significativo à computação quântica baseada no silício.
Artigo: Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon
Autores: Mateusz T. Madzik, Serwan Asaad, Akram Youssry, Benjamin Joecker, Kenneth M. Rudinger, Erik Nielsen, Kevin C. Young, Timothy J. Proctor, Andrew D. Baczewski, Arne Laucht, Vivien Schmitt, Fay E. Hudson, Kohei M. Itoh, Alexander M. Jakob, Brett C. Johnson, David N. Jamieson, Andrew S. Dzurak, Christopher Ferrie, Robin Blume-Kohout, Andrea Morello
Vol.: 601, pages 348-353
DOI: 10.1038/s41586-021-04292-7
Artigo: Quantum logic with spin qubits crossing the surface code threshold
Autores: Xiao Xue, Maximilian Russ, Nodar Samkharadze, Brennan Undseth, Amir Sammak, Giordano Scappucci, Lieven M. K. Vandersypen
Vol.: 601, pages 343-347
DOI: 10.1038/s41586-021-04273-w
Artigo: Scientists achieve key elements for fault-tolerant quantum computation in silicon spin qubits
Autores: Akito Noiri, Kenta Takeda, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Amir Sammak, Giordano Scappucci, Seigo Tarucha