Pesquisa da Simon Fraser University, no Canadá, revelou que "espaços" entre átomos permitem a interação de qubits por meio de luz
Mais um importante avanço foi divulgado nesta semana para o mundo da computação quântica — e esse pode ser um divisor de águas nas pesquisas do setor que promete equipamentos com capacidade de processamento muito superiores aos mais avançados supercomputadores da computação clássica.
Pela primeira vez, cientistas conseguiram identificar interações ópticas entre bits quânticos (ou qubits), algo medido após a construção de um chip com 150 mil qubits. A descoberta feita por pesquisadores da Simon Fraser University, do Canadá, foi divulgado no site da revista científica Nature.
Na computação clássica, usada por PCs e smartphones atuais, toda e qualquer informação é armazenada ou processada na forma de bits - que podem ser representados por 0 ou 1. Mas, na quântica, os qubits podem assumir inúmeros estados entre 0 e 1, num fenômeno chamado superposição.
Isso aumenta exponencialmente a quantidade de informação que pode ser processada ao mesmo tempo. Enquanto um par de bits tradicionais expressa um tipo de informação de cada vez, dois bits quânticos podem expressar (ou seja, ter) quatro estados ao mesmo tempo. Estima-se que 300 qubits expressem um número de estados maior do que o número de átomos do universo.
Existe, porém, um problema para ter uma máquina quântica capaz de resolver aplicações: os qubits costumam ser instáveis e permanecem em estado de superposição por curtos períodos de tempo. É preciso um grande número desses componentes para evitar que os erros nos qubits afetem o processamento das informações.
Estima-se que sejam necessários entre 100 mil e 1 milhão de qubits para ter uma máquina com aplicações práticas. Porém, o caminho para desenvolver chips com milhares de qubits é complexo: a máquina mais famosa do tipo, o chip Sycamore do Google, tinha apenas 53 qubits.
Uma luz no fim do túnel
Até então, a única forma de atividade coordenada dos qubits identificada por pesquisadores era via eletromagnetismo. Ou seja, para que cada qubit interagisse com uma outra unidade, era necessário que eles estivessem próximos, para permitir a conexão magnética. Esse é um princípio básico da computação: circuitos funcionam com conexões físicas que formam "trilhas" para levar dados de um lado para o outro.
Agora, os cientistas da Simon Fraser University descobriram que uma determinada configuração de átomos de carbono e hidrogênio (subpartículas do qubits) pode criar um conjunto quântico que se comunica por comprimento de ondas de luz — os T Center.
Isso acontece porque a forma como os átomos estão espalhados pela placa de silício do chip cria um espaço (chamado de micropucks pelos pesquisadores) que permite o funcionamento do qubits. Para um computador quântico funcionar, é preciso que todos os seus qubits estejam em um estado de atividade síncrona e de máxima energia — é essa atividade, como um motor, que faz com que as informações sejam processadas.
Caso exista a possibilidade de ter uma transmissão de informação por ondas de luz, a capacidade de processamento dessas super máquinas pode ficar ainda maior — e evitar que um computador quântico não ocupe um andar inteiro de um prédio, por exemplo. A maioria das máquinas testadas do tipo já ocupam salas inteiras.
De acordo com Stephanie Simmons, coautora do estudo e engenheira quântica, essa é a forma mais eficiente já encontrada para equipar o processamento de um computador do tipo. "Nenhum outro sistema quântico físico combina memórias quânticas de alto desempenho, links diretos e fortes para fótons de telecomunicações", afirma Stephanie em entrevista à revista IEEE Spectruum, do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, organização global com sede nos EUA.
O resultado da pesquisa é comemorado também do ponto de vista comercial. Isso porque o silício é um material amplamente usado e conhecido na fabricação de chips, facilita a reprodução do modelo no futuro. A complexidade na construção de máquinas quânticas também é um desafio para que os equipamentos saiam de laboratórios e operem no mundo real.
Volta de um conceito
A configuração de T Center já era conhecida no meio acadêmico — nos anos 70, já existiam pesquisadores investigando a formação, afirma Stephanie. Mas a teoria foi abandonada ao longo dos anos e retornou no estudo da Simon Fraser University.
Por enquanto, nenhum teste com o chip em um computador quântico foi realizado - o experimento era para testar a interação entre os qubits. Entretanto, os resultados indicam que o futuro do setor pode estar ainda mais perto de criar máquinas potentes de processamento.
"Estamos empolgados com a escalabilidade fundamental desses qubits", diz Simmons. "É um novo participante na corrida internacional por um computador quântico, e achamos que as perspectivas são muito brilhantes". /COLABOROU BRUNO ROMANI
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