Lançado projeto para construção de computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica

Estas são as câmaras de vácuo onde os qubits ficarão. É por causa delas que o computador quântico será tão grande: cada uma medirá 4,5 x 4,5 metros.[Imagem: Bjoern Lekitsch et al. - 10.1126/sciadv.1601540]

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Uma equipe internacional divulgou o primeiro projeto prático para a construção de um computador quântico em larga escala, que deverá se tornar o computador mais poderoso da Terra.

A equipe já se prepara para construir um protótipo em pequena escala para testar o conceito. A máquina completa, quando for construída conforme descrita no projeto, deverá ter o tamanho de um campo de futebol e poderá custar cerca de US$ 120 milhões.

O tamanho é um problema, mas o custo não o coloca muito distante dos supercomputadores eletrônicos atuais, sobretudo levando em conta o que se espera de seu desempenho - a expectativa é que os computadores quânticos revolucionem a indústria, a ciência e as transações comerciais e bancárias em uma escala semelhante à da passagem dos papéis para os computadores atuais.

O projeto, disponibilizado para que outras equipes possam tentar construir seus próprios protótipos, é resultado do trabalho de uma equipe composta por pesquisadores das universidades de Sussex (Reino Unido), Aarhus (Dinamarca), RIKEN (Japão) e Siegen (Alemanha), e da empresa Google (EUA).

Projeto de computador quântico

O plano se baseia no uso de qubits formados por átomos eletricamente carregados (íons), confinados em uma armadilha eletromagnética. Esta abordagem permite que o computador funcione a temperatura ambiente, ao contrário de um modelo supercondutor alternativo, que requer que todo o sistema seja resfriado a temperaturas muito baixas.

As portas lógicas, os blocos básicos de cálculo, são bem mais simples do que os sistemas largamente usados em pesquisa, baseados em laser. O problema é que isso exigiria alinhar um feixe de laser individual em cada qubit, o que é tecnicamente muito problemático quando se parte para um número de qubits capazes de fazer cálculos práticos. A equipe preferiu usar micro-ondas, o que simplificou muito o sistema.

Ilustração dos módulos básicos de cálculo, cada um contendo 36 x 36 junções, cada uma controlada por mesas coordenadas X-Y-Z para manter o alinhamento. [Imagem: Bjoern Lekitsch et al. - 10.1126/sciadv.1601540]

Para a comunicação interna, a abordagem mais comum, mas igualmente desafiadora, era interligar os módulos de cálculo usando conexões de fibra óptica. Em vez disso, o projeto prevê o uso de conexões criadas por campos elétricos, que permitem que os íons sejam transportados de um módulo para outro. Esta nova abordagem permite velocidades de conexão 100.000 vezes mais rápidas entre os módulos de computação quântica individuais em comparação com a tecnologia de fibras, embora resulte em um equipamento muito maior.

Outra inovação é um sistema de correção de erros, já que os qubits são muito frágeis, tendendo a perder os dados rapidamente. Para resolver esse problema, a equipe propõe usar qubits estáticos, para manter os dados, e qubits "de medição" para transferir os dados - são esses qubits de medição que transportarão os dados, empurrados pelos campos elétricos.

Desta forma, o computador quântico terá uma estrutura modular, com pequenos circuitos sendo acrescentados até atingir o poder computacional desejado - se tudo funcionar como previsto, não deve haver limites para o poder de processamento além do tamanho da máquina.

Módulo ilustrando como os dados e os qubits de medição interagem nas portas lógicas para executar o código. Os qubits de dados são estáticos e os qubits de medição trafegam entre as portas. [Imagem: Bjoern Lekitsch et al. - 10.1126/sciadv.1601540]

Era da computação quântica

Em termos práticos, um computador quântico modular como o agora projetado deverá ocupar um enorme barracão de alta tecnologia, repleto de sofisticados aparelhos de vácuo necessários para manter os qubits livres de interferência, dentro de circuitos integrados de silício - a instalação deverá lembrar os prédios dos supercomputadores atuais, mas com um aspecto mais parecido com o de um laboratório.

Agora é esperar para ver se o protótipo que a equipe está começando a construir funcionará conforme o projeto. Se funcionar, poderemos estar entrando definitivamente na era da computação quântica.

Bibliografia:

Blueprint for a microwave trapped ion quantum computer
Bjoern Lekitsch, Sebastian Weidt, Austin G. Fowler, Klaus Mølmer, Simon J. Devitt, Christof Wunderlich, Winfried K. Hensinger
Science Advances
Vol.: 3, no. 2, e1601540
DOI: 10.1126/sciadv.1601540