Cientistas Constróem Computadores Quânticos que se Conectam como Peças de LEGO

O que têm em comum os blocos de montar das crianças e a computação quântica? A resposta é modularidade. Construir computadores quânticos de forma monolítica – ou seja, como uma única e grande unidade – é um desafio, pois a computação quântica depende da manipulação de milhões de unidades de informação chamadas qubits, que são produzidos de maneira complexa. A solução é encontrar formas modulares para construir esses sistemas, assim como os blocos de LEGO se encaixam para criar estruturas maiores e mais elaboradas, os cientistas podem montar módulos menores e de alta qualidade, conectando-os para formar um sistema completo.

Reconhecendo o potencial dos sistemas modulares, pesquisadores do Grainger College of Engineering, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, apresentaram uma abordagem aprimorada para a computação quântica escalável. Eles demonstraram uma arquitetura modular viável e de alto desempenho para processadores quânticos supercondutores, expandindo projetos anteriores e abrindo caminho para sistemas reconfiguráveis, escaláveis e tolerantes a falhas.

Sistemas quânticos supercondutores monolíticos sofrem limitações de tamanho e fidelidade, o que pode comprometer a realização de operações lógicas com sucesso. Uma fidelidade de 1 indica a ausência de erros, e os pesquisadores buscam atingir valores o mais próximo possível desse patamar. Em contraste, a modularidade possibilita a escalabilidade do sistema, a atualização de hardware e uma maior tolerância às variações, tornando-a uma abordagem mais vantajosa para a construção de redes complexas.

“Criamos uma maneira amigável para a engenharia integrar a modularidade aos qubits supercondutores”, afirmou Wolfgang Pfaff, professor assistente de física e autor principal do estudo. “É possível construir um sistema que permita a conexão para manipular dois qubits em conjunto, possibilitando operações de entrelaçamento e portas lógicas com alta qualidade? E, ainda, podemos desmontá-lo e remontá-lo quando necessário? Normalmente descobrimos problemas apenas depois de montá-lo por completo, por isso é fundamental termos a capacidade de reconfiguração.”

Ao conectar dois dispositivos com cabos coaxiais supercondutores para interligar qubits entre módulos, a equipe demonstrou uma fidelidade de aproximadamente 99% na operação SWAP, com uma perda inferior a 1%. Essa capacidade de conectar e reconfigurar dispositivos mantendo alta qualidade proporciona novas perspectivas para o desenvolvimento de protocolos de comunicação no campo da computação quântica.

Segundo Pfaff, desenvolver uma abordagem eficaz exigiu tempo para o avanço do campo. Vários grupos já identificaram a necessidade de unir módulos cada vez maiores por meio de cabos e, simultaneamente, alcançar níveis de desempenho que justifiquem a escalabilidade. O desafio residia em encontrar a combinação correta de ferramentas para que essa integração fosse bem-sucedida.

Com esses resultados promissores, os engenheiros do Grainger College of Engineering direcionarão seus esforços para a escalabilidade, buscando conectar mais de dois dispositivos sem perder a capacidade de monitorar e corrigir possíveis erros. “Temos um bom desempenho”, afirmou Pfaff. “Agora precisamos testar se essa abordagem realmente se consolida e se faz sentido para avançarmos ainda mais.”