Microsoft revela processador quântico inovador

Trata-se da primeira Unidade de Processamento Quântico (QPU) baseada em um núcleo topológico, utilizando uma plataforma que emprega isolantes topológicos — materiais especiais nos quais os elétrons se deslocam para a borda, fluindo livremente em uma única direção, sem restrições. Esse fenômeno, conhecido como “supercondutividade de borda”, permite que os elétrons se movimentem sem atrito, contornando obstáculos sem esforço, enquanto o interior do material permanece isolante. A descoberta desse comportamento rendeu o Prêmio Nobel de Física em 2016.

Um dos aspectos mais inovadores desse design é a geração dos chamados férmions de Majorana de modo zero dentro dos “supercondutores topológicos”, ou topocondutores. Essas quasipartículas podem atuar como qubits altamente estáveis e resistentes a ruídos, tornando-os os mais robustos já concebidos.

O que mais impressiona é a velocidade com que essa tecnologia emergente — considerada por físicos como um novo estado da matéria — foi transformada em um processador quântico funcional.

“Ele aproveita o primeiro topocondutor do mundo, um material inovador capaz de observar e controlar partículas de Majorana, permitindo a criação de qubits mais confiáveis e escaláveis, que são os blocos fundamentais dos computadores quânticos”, afirmou a Microsoft. A empresa também destacou que essa arquitetura pode viabilizar a integração de milhões de qubits, acelerando o avanço da computação quântica.

Processador Quântico Baseado em Partículas de Majorana

O novo processador quântico emprega um chip construído com uma combinação de arsenieto de índio, um semicondutor, e alumínio, um supercondutor. Quando resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto e submetidos a campos magnéticos específicos, esses materiais formam nanofios supercondutores topológicos. Nas extremidades desses nanofios emergem os chamados Modos Zero de Majorana (MZMs), que funcionam como qubits de Majorana.

Um Avanço na Computação Quântica

Por quase um século, as quasipartículas de Majorana eram apenas conceitos teóricos descritos em livros. Agora, elas podem ser geradas e controladas sob demanda nos chamados topocondutores. “Os MZMs são a base dos nossos qubits, armazenando informações quânticas por meio da paridade – ou seja, se o nanofio contém um número par ou ímpar de elétrons”, explicou Chetan Nayak, um dos projetistas do processador.

Nos supercondutores convencionais, os elétrons se emparelham em pares de Cooper e se movimentam sem resistência. No entanto, qualquer elétron desemparelhado pode ser detectado, pois sua presença demanda energia adicional. Nos topocondutores, a abordagem é diferente: um único elétron desemparelhado é compartilhado entre dois MZMs, tornando-o invisível ao ambiente. Essa característica única protege a informação quântica de perturbações externas, aumentando sua estabilidade.

O Desafio da Leitura e Escrita dos Qubits

Embora os qubits de Majorana sejam altamente resistentes a interferências externas, sua proteção natural traz um desafio: como ler e gravar informações neles?

Computador Quântico Prático

A nova arquitetura proposta pela Microsoft abre um caminho promissor para compactar até um milhão de qubits em um único chip que pode ser colocado na palma da mão. Esse avanço é considerado crucial para que os computadores quânticos possam oferecer soluções transformadoras no mundo real.

No ano passado, a Microsoft e a Quantinuum apresentaram um processador quântico confiável baseado em qubits lógicos. Agora, com esse novo desenvolvimento, elas se uniram à Atom Computing, pioneira na criação de um computador quântico com mais de 1.000 qubits, para incorporar esses novos qubits à tecnologia.

“A combinação de inteligência artificial com sistemas quânticos de próxima geração, impulsionados por um maior número de qubits confiáveis, abre oportunidades significativas para o desenvolvimento de habilidades quânticas, a criação de aplicações híbridas e o avanço de novas descobertas”, declarou a Microsoft.

Para solucionar esse problema, os pesquisadores desenvolveram um método baseado em interruptores digitais. Esses interruptores conectam as extremidades dos nanofios a um ponto quântico – um pequeno dispositivo semicondutor que pode armazenar carga elétrica. Essa conexão influencia a capacidade do ponto quântico de reter carga, e essa variação depende diretamente da paridade do nanofio.

A leitura do estado quântico é realizada por meio de micro-ondas, que interagem com o ponto quântico e refletem seu comportamento. A forma como essas ondas retornam carrega uma assinatura única do estado quântico do nanofio, permitindo a extração da informação sem comprometer sua integridade.

Essa inovação representa um avanço significativo na computação quântica, abrindo caminho para qubits mais confiáveis e escaláveis, fundamentais para o desenvolvimento de computadores quânticos mais poderosos.

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