Flip Flop Qubit: cientistas propõem um novo tipo de computador quântico


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Todos nós sabemos que os computadores quânticos são a expressão de uma tecnologia que está quase nos estágios iniciais de desenvolvimento, mas promete multiplicar exponencialmente o poder dos computadores hoje. No entanto, recentemente, os cientistas inventaram um novo tipo de computador quântico que tem a capacidade de revolucionar o mundo da computação.

Flip Flop Qubit: cientistas propõem um novo tipo de computador quântico

Os computadores quânticos são a expressão de uma tecnologia que está quase nos estágios iniciais de desenvolvimento, mas promete multiplicar exponencialmente o poder dos computadores hoje. Seu funcionamento é baseado em “qubits”, unidades de informação construídas a partir de partículas que possuem comportamento quântico.

Para este propósito, átomos ligados a laser, armadilhas de íons e às vezes as propriedades de supercondutores são usados. O problema é que ainda há muito trabalho a ser feito para ser capaz de controlar esses fenômenos físicos de tal forma que um grande número de qubits possam ser reunidos. As estranhas regras da mecânica quântica tornam o trabalho difícil.

Engenheiros da University of New South Wales (Austrália) apresentaram um design de qubit radicalmente novo. É baseado em um sistema “flip-flop”, que promete transformar a produção futura em larga escala de chips quânticos em um processo muito mais barato e simples do que se pensava.

O design tem uma grande vantagem. Funciona sem a necessidade de colocar os átomos em uma posição muito rígida, como acontece com outros chips. Em particular, permite que os qubits sejam entrelaçados a distâncias de até centenas de nanômetros.

“É um design brilhante e, como muitos saltos conceituais, é surpreendente que ninguém tivesse pensado nisso antes”, disse Andrea Morello, co-autora do estudo e cientista do Centro de Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T) em um comunicado.

Os autores do artigo afirmam ter criado uma nova forma de definir o “spin” do “qubit”, propriedade útil para que o átomo funcione efetivamente como unidade de memória ou bit. Este novo modo permite que o qubit seja controlado por sinais elétricos em vez de magnéticos, o que tem a grande vantagem de que o qubit é muito mais fácil de distribuir e localizar dentro de um chip.

O problema do tamanho

Isso permite superar uma grande limitação no design de computadores quânticos: o tamanho. A razão é que é essencial aumentar o número de “qubits” que podem se acumular, e também geralmente é necessário que todos estes estejam muito próximos um do outro: convencionalmente a uma distância mínima de 50 átomos, ou entre 10 e 20 nanômetros. Essa é a única maneira de eles desfrutarem da propriedade conhecida como “emaranhamento quântico”, indispensável para que a computação quântica apareça.

Isso implica que você deve acumular milhares ou milhões de “qubits” em um pequeno espaço e também acoplá-los a todos os sistemas de controle necessários. A única solução é que eles têm um tamanho miniatura de apenas alguns nanômetros.

No momento, a tecnologia não é capaz de fazer isso. É por isso que este design “flip-flop” oferece uma nova forma de aprimorar os computadores, pois oferece a possibilidade de aumentar as distâncias máximas entre os qubits sem perder o entrelaçamento.

Os gigantes da tecnologia como IBM e Google conseguiram construir computadores quânticos com o maior número de “qubits” até agora, com supercondutores e armadilhas de íons. Mas tudo à custa de usar muito espaço, que é um limite se no futuro se pretende chegar aos milhares ou milhões de qubits.

“Nossa nova abordagem está no ponto intermediário ideal”, disse Andrea Morello, co-autora da pesquisa. “É mais fácil de fabricar do que dispositivos em escala atômica, mas ainda nos permite colocar milhões de qubits em um milímetro quadrado.”

O “truque” do chip

O truque desse dispositivo é que ele aproveita tanto o núcleo quanto o elétron dos átomos que constituem o qubit. Os pesquisadores aproveitam a diferença de carga entre o núcleo e o elétron e permitem que ambos interajam a uma distância de até 1.000 nanômetros.

“Isso significa que agora podemos colocar” qubits “de um átomo individual muito longe do que se pensava ser possível”, explicou Morello.

De acordo com muitos pesquisadores, o design dos computadores quânticos é a corrida espacial do século XXI. A empresa é realmente complexa, mas promete criar computadores muito mais potentes que os atuais e podem ser usados ​​em múltiplas aplicações como saúde, química, defesa, espaço ou transporte.

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