Computação quântica em silício avança rumo a máquinas escaláveis

O problema da computação quântica em silício começa a mudar de tamanho. Demonstrar que alguns qubits funcionam já não basta. Para chegar a máquinas realmente úteis, será necessário controlar muitos deles, transportar informação entre diferentes regiões do processador, realizar correção de erros e conectar toda essa estrutura sem criar uma quantidade impraticável de fios.

Dois experimentos publicados em julho atacam justamente essa etapa de engenharia. Um deles integrou um processador quântico de silício a eletrônica de controle capaz de funcionar em temperaturas criogênicas. O chip reúne uma matriz de 54 pontos quânticos que pode configurar até 18 qubits, além de um controlador CMOS desenvolvido para gerar os sinais necessários à operação. Os pesquisadores também executaram códigos de detecção e correção de erros no sistema.

Colocar parte do controle perto do processador enfrenta um obstáculo que cresce junto com a máquina: a fiação. Cada novo qubit pode exigir conexões para comando e leitura, enquanto o processador precisa permanecer extremamente frio. Levar milhares ou milhões de cabos desde equipamentos instalados em temperatura ambiente criaria dificuldades físicas e térmicas enormes.

É aí que o silício apresenta uma vantagem conhecida pela indústria convencional. A fabricação de semicondutores já consegue produzir circuitos extraordinariamente complexos em larga escala.

Qubits baseados no spin de elétrons em pontos quânticos possuem estruturas compatíveis com processos de fabricação CMOS, o que abre a possibilidade de aproveitar parte dessa infraestrutura industrial. Uma revisão sobre qubits de spin em silício aponta justamente a compatibilidade com tecnologias avançadas de integração como um dos caminhos possíveis para construir processadores quânticos maiores.

Os pesquisadores conseguiram controlar um processador efetivo de cinco qubits e executar verificações de paridade relacionadas à correção quântica de erros. A mobilidade oferece uma alternativa a processadores nos quais cada qubit precisa permanecer conectado diretamente aos seus vizinhos.

Os limites continuam consideráveis. Ruído, fidelidade das operações, leitura, interconexões e variações microscópicas do próprio material podem comprometer o funcionamento. Em agosto, pesquisadores ligados ao Argonne National Laboratory mostraram que diferenças em escala atômica presentes em wafers de qualidade industrial ajudam a explicar falhas em qubits de silício, revelando um problema que precisa ser controlado antes da fabricação de sistemas muito maiores.

A corrida, portanto, já alcançou componentes menos visíveis do computador quântico. Controladores, sensores, conexões, fabricação e movimentação dos qubits passaram a dividir espaço com o número de qubits como medidas relevantes do avanço tecnológico.