Os computadores quânticos serão construídos como LEGO

Espera-se que os computadores quânticos, que podem realizar cálculos baseados nos princípios da mecânica quântica, superem os computadores clássicos em certos tipos de tarefas de otimização e processamento.

Embora físicos e engenheiros tenham demonstrado vários sistemas de computação quântica nas últimas décadas, dimensionar esses sistemas de forma confiável para que possam resolver problemas práticos e, ao mesmo tempo, corrigir erros que surgem durante a computação tem sido um desafio até agora.

Việc liên kết các qubit bên trong máy tính lượng tử vẫn là một vấn đề. — Ligar qubits dentro de computadores quânticos continua sendo um problema.

Construir um computador quântico como um dispositivo único e unificado tem se mostrado extremamente difícil. Essas máquinas dependem da manipulação de milhões de qubits, as unidades básicas da informação quântica, mas reunir tantos em um único sistema é um grande desafio.

Assim como pequenos blocos de LEGO se encaixam para formar designs maiores e mais complexos, os pesquisadores podem construir módulos menores e de melhor qualidade e depois conectá-los para formar um sistema quântico completo.

Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign introduziram recentemente uma nova arquitetura quântica modular que permite o escalonamento tolerante a falhas, escalável e reconfigurável de processadores quânticos supercondutores. O escalonamento tolerante a falhas é essencial para sustentar os efeitos quânticos e as condições necessárias para realizar computações quânticas de longo prazo.

O protocolo do cabo de interconexão conecta blocos de qubits como blocos de LEGO.

O sistema que eles propõem, apresentado em um artigo publicado na revista Nature Electronics , consiste em vários módulos (ou seja, dispositivos qubit supercondutores) que podem operar independentemente e ser conectados a outros módulos por meio de interconexões, formando uma rede quântica maior.

Simplificando, com essas conexões, cada qubit no sistema só precisará ser "plug and play", como se adicionássemos dispositivos periféricos a um computador comum. Esse tipo de cabo de interconexão também reduz o erro de cálculo do sistema para menos de 1%.

"O ponto de partida para esta pesquisa foi o entendimento atual no campo da computação quântica supercondutora de que precisaríamos dividir o processador em vários dispositivos independentes — uma abordagem que chamamos de 'computação quântica modular'", descreve Wolfgang Pfaff, coautor do estudo.

Nos últimos anos, essa crença se tornou popular, e até empresas como a IBM estão adotando essa abordagem. Esta pesquisa pode estabelecer uma conexão favorável à engenharia com a abordagem modular.

Basicamente, Pfaff e seus colegas estão desenvolvendo uma estratégia para conectar dispositivos quânticos, minimizando a degradação do sinal ou a dissipação de energia à medida que a informação quântica é transmitida entre eles. Além disso, eles querem poder conectar, desconectar e reconfigurar os dispositivos facilmente.

“Em termos simples, nosso método envolve o uso de um cabo coaxial supercondutor de alta qualidade chamado ressonador de barramento”, explica Pfaff.

Eles conectam um qubit capacitivo a um cabo por meio de um conector personalizado, colocando o cabo muito próximo (precisão submm) do qubit e, em seguida, vários qubits se estiverem conectados ao mesmo cabo.

A nova abordagem dos pesquisadores para criar redes quânticas modulares tem vantagens significativas em relação às abordagens anteriores para dimensionar sistemas quânticos.

Em testes iniciais, eles descobriram que esse método permitia conectar com segurança dispositivos quânticos baseados em supercondutores e desconectá-los posteriormente sem danificá-los, sem causar perda significativa de sinal nas portas quânticas.

“Com nossa abordagem, acredito que temos a oportunidade de construir sistemas quânticos reconfiguráveis do zero, por exemplo, com a opção de ‘conectar’ mais módulos de processador à rede de dispositivos quânticos ao longo do tempo”, acrescentou Pfaff.

"Estamos trabalhando em um projeto para ver se podemos aumentar o número de elementos de conexão, tornando nossa rede maior. Também estamos analisando como compensar melhor as perdas no sistema e tornar a arquitetura compatível com a correção quântica de erros."