Intel avança no desenvolvimento de chip para a computação quântica

A computação quântica vem ganhando destaque por seu potencial para resolver problemas que os computadores convencionais atualmente não são capazes de solucionar. Cientistas e alguns setores da indústria a enxergam como uma maneira de avançar em áreas como desenvolvimento químico, de medicamentos, modelos financeiros e previsões climáticas.

Para explorar o potencial dessa área emergente, a Intel iniciou um programa colaborativo de pesquisa em 2015 com o objetivo de criar um sistema de computação quântica comercialmente viável.

Apesar dos progressos significativos, a pesquisa ainda é está em estágios iniciais. Podemos dizer que estamos no primeiro quilômetro de uma maratona e, para tornar realidade esse novo paradigma computacional, muitos problemas precisam ser resolvidos e muitas decisões a respeito da arquitetura devem ser tomadas. Por exemplo, ainda não está clara qual é a forma que os processadores quânticos (ou “qubits”) devem tomar. É por isso que a Intel está fazendo duas apostas principais de pesquisa e investindo nelas.

Uma forma possível são os qubits supercondutores. A Intel está progredindo rapidamente no desenvolvimento desse tipo de chip de teste, que também está na mira dos concorrentes e do meio acadêmico. Além disso, a Intel está pesquisando uma estrutura alternativa, baseada na ótima experiência da empresa em fabricação de transistores de silício. Essa arquitetura alternativa se chama “spin qubits”, funciona sobre o silício e pode ajudar a superar alguns obstáculos científicos, podendo trazer a computação quântica da pesquisa à realidade.

 O que é um spin qubit?

Os spin qubits lembram muito a eletrônica de semicondutores e transistores como os conhecemos hoje. Eles liberam sua energia quântica explorando o spin de um único elétron em um dispositivo de silício e controlando o movimento com pulsos mínimos de micro-ondas.

Elétrons podem girar em diferentes direções. Quando o elétron gira para cima, toma o valor binário 1. Quando o elétron gira para baixo, toma o valor binário 0. Porém, de forma semelhante ao funcionamento dos qubits supercondutores, esses elétrons também podem existir em uma “superposição”, o que significa que há a probabilidade de girarem para cima e para baixo ao mesmo tempo e, ao fazê-lo, podem teoricamente processar grandes conjuntos de dados em paralelo, de modo muito mais rápido do que os computadores clássicos.

Por que pesquisar spin qubits?

Entre os desafios que os pesquisadores devem superar antes que a computação quântica se torne uma realidade comercial, está o fato de que os qubits tem uma natureza incrivelmente frágil, e ruídos podem ocasionar a perda dos dados. Por conta dessa fragilidade, os qubits devem  funcionar em temperaturas extremamente baixas, o que impõe obstáculos para a escolha do material dos chips. Qubits supercondutores são muito grandes e trabalham em sistemas com o tamanho de 55 galões, tornando mais difícil a expansão do design do sistema quântico para os milhões de qubits necessários para criar uma solução comercial realmente útil.

Os spin qubits, em comparação com seus equivalentes supercondutores, oferecem algumas vantagens para superar esses desafios:

São pequenos e sólidos: os spin qubits são muito menores em tamanho e sua coerência temporal é ser maior – uma vantagem, já que os pesquisadores buscam dimensionar o sistema com milhões de qubits necessários em um sistema comercial.

Podem funcionar em temperaturas mais altas: os spin qubits em silício podem operar em temperaturas mais altas do que os qubits supercondutores (1 kelvin em oposição a 20 millikelvin). Isso poderá reduzir drasticamente a complexidade do sistema de chips, permitindo a integração da eletrônica de controle muito mais perto do processador. A Intel e o parceiro de pesquisa acadêmica QuTech* estão explorando a operação dos spin qubits em temperaturas mais altas com resultados interessantes de até 1 K (ou temperaturas 50 vezes mais altas) do que com qubits supercondutores. O grupo está planejando compartilhar os resultados no encontro da American Physical Society (APS) em março.

Know-how de manufatura da Intel: o design dos processadores spin qubit é muito parecido com as tecnologias tradicionais de transistores de silício. Embora ainda existam desafios científicos e de engenharia importantes para viabilizar esses chips, a Intel tem décadas de experiência em equipamentos e infraestruturas de manufatura de transistores em escala.

Em que estágio está a pesquisa de spin qubits?

A QuTech apresenta, durante o Encontro anual da American Association for the Advancement of Science (AAAS), os avanços na criação de um computador quântico de dois spin qubits que pode ser programado para executar dois algoritmos quânticos simples. Esse desenvolvimento abre caminho para processadores maiores, capazes de trabalhar com aplicações mais complexas. Mais detalhes estão disponíveis em um artigo publicado na Nature.

A Intel criou um fluxo de manufatura para spin qubits usando sua tecnologia de processo de 300 mm e wafers isotopicamente puros criados especificamente para a produção de chips de teste. Fabricado nas mesmas instalações das utilizadas pelas tecnologias de transistores avançadas, esses primeiros wafers estão agora sendo testados pela a Intel. Dentro de alguns meses, a empresa espera estar produzindo muitos wafers por semana, cada um com milhares de pequenos conjuntos de qubits.

Daqui para frente, Intel e QuTech vão continuar pesquisando tanto qubits supercondutores quanto spins em todo o sistema quântico – ou “stack” –, desde dispositivos qubit até a arquitetura de hardware e software necessária para controlar esses dispositivos bem como aplicações quânticas. Todos esses elementos são essenciais para o avanço da computação quântica, da pesquisa à realidade.

Sobre a Intel
A Intel (NASDAQ: INTC) amplia os limites da tecnologia para possibilitar as experiências mais incríveis. Informações sobre a Intel podem ser encontradas em newsroom.intel.com e Intel.com.

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