CRIADA ARQUITETURA PARA CHIP QUÂNTICO

Fotografia do chip quântico, vendo-se a armadilha de íons, onde ficam os qubits, no centro do chip - a armadilha de íons mede 1mm x 3mm, enquanto o chip inteiro tem cerca de 1 cm quadrado.

Chip quântico

Miniaturizar chips para que eles acomodem mais bits tem sido a tarefa da indústria eletrônica desde o advento dos circuitos integrados. Esse caminho está sendo agora trilhado pelos engenheiros que estão tentando construir os processadores quânticos. Da mesma forma que a indústria eletrônica precisou aprender como juntar os transistores dentro dos chips para viabilizar os computadores, agora é a vez de colocar vários qubits lado a lado para que eles possam trabalhar em conjunto. Ocorre que os qubits - os bits quânticos - são mais complexos, maiores e exigem aparatos de controle que tornam difícil sua miniaturização e sua colocação lado a lado. Ainda não se sabe qual, ou quais, serão os qubits que serão finalmente usados nos computadores quânticos, mas os íons aprisionados no interior de uma câmara de vácuo estão entre os mais promissores. Uma equipe da Universidade da Geórgia e da empresa Honeywell desenvolveram agora uma arquitetura que, além de permitir colocar vários qubits dentro do chip, resolve os problemas das conexões externas e mantém o acesso a cada qubit individualmente pelo feixe de laser necessário para ler e escrever seus dados. A fiação necessária ao controle vem toda da parte de baixo do chip, o que aumentou a densidade da fiação e liberou espaço para mais qubits.

Visão em corte do chip quântico, mostrando a "engenharia oculta" necessária ao seu funcionamento.

Próximos desafios

Para se ter uma ideia do que essa miniaturização representa, os experimentos com qubits de íons hoje exigem laboratórios repletos de equipamentos muito sensíveis, além de várias pessoas trabalhando para fazer tudo funcionar ao mesmo tempo. A equipe, contudo, salienta que, mesmo tendo feito um progresso considerável, ainda falta bastante trabalho para que o chip quântico chegue ao nível de um processador que possa simplesmente ser espetado em um soquete e funcionar de forma autônoma. A necessidade de temperaturas muito baixas, o controle dos qubits por um laser externo e a conexão do chip aos demais sistemas de controle estão entre as questões a serem resolvidas a seguir. Bibliografia: Ball-grid array architecture for microfabricated ion traps. Nicholas D. Guise, Spencer D. Fallek, Kelly E. Stevens, K. R. Brown, Curtis Volin,, Alexa W. Harter, Jason M. Amini, Robert E. Higashi, Son Thai Lu, Helen M. Chanhvongsak, Thi A. Nguyen, Matthew S. Marcus, Thomas R. Ohnstein, Daniel W. Youngner. Journal of Applied Physics. Vol.: 117, 174901. DOI: 10.1063/1.4917385. fonte: inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=criada-arquitetura-chip-quantico&id=010110150511

CONHEÇA O CHIP QUÂNTICO QUE CORRIGE SEUS PRÓPRIOS ERROS

Fotografia do chip com sua matriz de 9 qubits capazes de corrigir os próprios erros.

Erros quânticos

Pesquisadores da Universidade da Califórnia de Santa Bárbara, nos Estados Unidos, desenvolveram o primeiro circuito quântico capaz de corrigir seus próprios erros. A correção de erros é vista como um dos principais entraves ao desenvolvimento da chamada "ciência da computação quântica" porque os qubits são extremamente sensíveis, perdendo facilmente os dados. Julian Kelly e seus colegas construíram um circuito que verifica a ocorrência de erros nele próprio e corrige esses erros, preservando o estado dos qubits. Isto elimina a necessidade do uso de códigos de correção de erros, dando ao chip uma confiabilidade que os especialistas da área acreditavam que exigiria ainda vários anos de desenvolvimento. Ao contrário da computação clássica, na qual os bits permanecem em um de dois estados binários ("sim/não" ou "falso/verdadeiro"), os qubits podem existir em qualquer e/ou em todas as posições simultaneamente, em diferentes dimensões. É esta propriedade, chamada superposição, que dá aos computadores quânticos seu poder computacional fenomenal, mas também é esta característica que torna os qubits propensos a mudar de estado sob a menor influência externa. "É difícil processar a informação se ela desaparece," disse Kelly.

Checagem de paridade

O novo chip incorpora um esquema de correção de erro no qual vários qubits funcionam em conjunto para preservar a informação. Em vez de duplicar o dado, como nos computadores clássicos, o esquema usa a "paridade de informação", que mantém o dado original preservado, ou seja, sem ser lido.

O sistema de correção de erro, baseado na paridade, lembra os cálculos do jogo Sudoku. "Você não pode medir um estado quântico e esperar que ele permaneça quântico," explica Rami Barends, membro da equipe. O simples ato de medir "trava" o qubit em um estado único, causando a perda da superposição. Já a paridade de um qubit, de forma similar a um jogo Sudoku, é calculada medindo os qubits adjacentes, o que garante a confiabilidade da informação fazendo medições apenas ao seu redor - a matriz do novo chip possui nove qubits. O chip mostrou-se capaz de corrigir os chamados erros de inversão dos valores do qubit, e agora a equipe pretende corrigir também o outro tipo de erro, complementar ao primeiro, chamado alteração de fase. Bibliografia: State preservation by repetitive error detection in a superconducting quantum circuit. J. Kelly, R. Barends, A. G. Fowler, A. Megrant, E. Jeffrey, T. C. White, D. Sank, J. Y. Mutus, B. Campbell, Yu Chen, Z. Chen, B. Chiaro, A. Dunsworth, I.-C. Hoi, C. Neill, P. J. J. O Malley, C. Quintana, P. Roushan, A. Vainsencher, J. Wenner, A. N. Cleland, John M. Martinis. Nature. Vol.: 519, 66-69. DOI: 10.1038/nature14270. FONTE: inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=primeiro-chip-quantico-correcao-erro&id=010110150305