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Os engenheiros de Yale desenvolveram um processo de nanofabricação para criar um chip de silício com todos os componentes de um processador quântico de informações.
Engenheiros da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Yale desenvolveram um processo de nanofabricação para criar um chip de silício que contém todos os componentes necessários para um processador de informação quântica.
Os benefícios potenciais da tecnologia quântica são enormes. Teoricamente, pode concluir em segundos determinadas tarefas – como simulações de processos químicos complexos ou pesquisas em grandes quantidades de dados – que exigiriam anos para a tecnologia atual.
Colocá-lo em execução, porém, não é tão fácil. Por um lado, os sistemas quânticos, como átomos individuais ou fótons únicos, são extremamente delicados e podem ser afetados por várias influências ambientais – elétricas, magnéticas e térmicas entre elas. Portanto, é importante que o sistema esteja protegido do meio ambiente. Ao mesmo tempo, porém, precisa ser controlado. Isso pode ser feito agora numa escala muito pequena, mas uma série de factores – despesas e a quantidade de tecnologia necessária, por exemplo – tornam muito difícil controlar muitos sistemas quânticos ao mesmo tempo.
Em um passo para resolver isso, o laboratório do Prof. Hong Tang desenvolveu um processo de nanofabricação para criar um chip de silício que contém todos os componentes necessários para um processador de informação quântica. Seus resultados são publicados hoje na Nature Communications.
“Podemos fabricar muitos desses nanodispositivos facilmente, copiando nosso projeto centenas ou milhares de vezes, sem muito esforço ou custo adicional”, disse Carsten Schuck, pesquisador de pós-doutorado e autor principal do artigo. “É semelhante ao que fazem as pessoas da indústria de semicondutores, que desenvolveram a tecnologia para fabricar bilhões de transistores.”
Os dois requisitos essenciais para um processador de informação quântica escalável são a interferência quântica (na qual um fóton – capaz de estar em mais de um lugar ao mesmo tempo – cruza seu próprio caminho) e detectores de fóton único. O chip que os pesquisadores projetaram contém um guia de ondas nanofotônico, que pode guiar a luz para pequenos espaços e para onde for necessária no chip. Ele também possui um acoplador direcional que pode dividir um feixe de luz em dois feixes idênticos ou, inversamente, combinar dois feixes em uma saída. Schuck compara seu sistema a configurações experimentais de última geração que consistem em centenas de componentes ópticos volumosos para controlar um sistema quântico.
“Onde usamos um minúsculo chip de silício, era necessária uma sala inteira cheia de equipamentos para controlar um sistema quântico”, disse ele. “Se você quisesse manipular outro sistema quântico, precisaria de outra sala e de dinheiro para comprar todos os equipamentos novamente. Mas se eu quiser manipular outro fóton, coloco um circuito adicional no mesmo chip de silício de um centímetro quadrado, o que leva alguns segundos extras durante a nanofabricação.”
Com esta pesquisa, Schuck disse que a equipe de pesquisa deverá eventualmente realizar um processador quântico óptico programável que possa executar um algoritmo quântico. A escalabilidade das rotinas de nanofabricação de chips de silício permitirá então resolver problemas difíceis para computadores clássicos. Ele acrescentou que a mesma tecnologia também poderia ser útil para outras aplicações, como a construção de sensores extremamente sensíveis ou dispositivos de comunicação seguros.
Referência: “Interferência quântica em circuitos fotônicos supercondutores heterogêneos em um chip de silício” por C. Schuck, X. Guo, L. Fan, X. Ma, M. Poot e HX Tang, 21 de janeiro de 2016, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/ncomms10352