Cientistas australianos conseguiram reduzir a taxa de erro em qubits semicondutores, as células unitárias de um computador quântico, a um nível de 0,04%. Isso abre caminho para a criação de computadores universais, dizem os físicos na revista Nature Electronics.
Há vários anos, Dzurak e seus colegas universitários têm desenvolvido os componentes necessários para montar um computador quântico de estado sólido completo. Então, em 2010, eles criaram um transistor quântico de elétron único e, em 2012, um qubit de silício completo baseado no átomo de fósforo 31.
Em 2013, eles montaram uma nova versão do qubit, que possibilitou a leitura dos dados dele com quase 100% de precisão e permaneceu estável por muito tempo. Em outubro de 2015, Dzurak e sua equipe deram o primeiro passo para a criação do primeiro computador quântico de silício combinando dois qubits em um módulo que executa uma operação OR lógica.
Faltava apenas um passo - aprender como combinar qubits semelhantes usando as mesmas tecnologias de semicondutores que as próprias células da memória quântica. Foi extremamente difícil fazer isso, uma vez que os qubits semicondutores “comuns” só podem interagir uns com os outros a uma curta distância.
Tendo resolvido esse problema há dois anos, os cientistas australianos pensaram em como "colar" qubits em um único todo e aprender como "imprimi-los" da maneira que os fabricantes de eletrônicos fazem ao criar microcircuitos. O fruto dessas reflexões foram os primeiros planos para a criação de "microcircuitos" quânticos, apresentados pela equipe Dzurak em dezembro de 2017.
Essas ideias, conforme notado por Dzurak, sua equipe conseguiu traduzir em prática no outono passado, usando a chamada tecnologia CMOS - uma das técnicas mais comuns e comprovadas para a fabricação de microcircuitos. Os cientistas o usaram para "imprimir" todos os componentes dos qubits, bem como emissores de micro-ondas, pontos quânticos e transistores necessários para escrever corretamente novos dados em uma célula de memória quântica.
Tendo resolvido esse problema, os físicos pensaram no próximo grande passo - para criar um computador quântico verdadeiramente universal, eles precisavam fazer seus qubits funcionarem quase perfeitamente, cometendo erros não mais do que 1% do tempo. Nesse caso, o resto dos problemas em seu trabalho podem ser eliminados usando algoritmos especiais de correção de erros e qubits lógicos, em vez de físicos.
Como observa o pesquisador, há duas maneiras de melhorar a precisão de tais dispositivos - melhorando o design das próprias células de memória e mudando a forma como as informações são lidas e gravadas nelas. Os físicos australianos seguiram o segundo caminho, usando algoritmos e técnicas desenvolvidas por seus colegas teóricos da Universidade de Sydney.
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Eles ajudaram Zuraku e sua equipe a mudar a estrutura dos pulsos de controle de microondas de tal forma que o número de erros ao ler ou gravar dados foi reduzido em várias ordens de magnitude. Como resultado, os cientistas não apenas ultrapassaram a “barreira da correção de erros”, mas também contornaram os qubits supercondutores e “atômicos”, que antes eram considerados mais promissores para a criação de máquinas quânticas complexas.
Num futuro próximo, ambos os grupos de pesquisadores planejam realizar medições semelhantes em combinações de vários qubits e microcircuitos que já foram criados por Dzurak e sua equipe no passado. Os cientistas esperam conseguir reduzir a taxa geral de erros a um nível que permita a criação de um computador quântico completo nos próximos anos.
