A Microsoft apresentou o Majorana 1, o primeiro chip de computação quântica do mundo alimentado por uma nova arquitetura de núcleo topológico que, segundo a empresa, possibilitará a criação de computadores quânticos capazes de resolver problemas significativos em escala industrial em anos, e não em décadas.
Ele aproveita o primeiro topocondutor do mundo, um tipo de material inovador que pode observar e controlar partículas de Majorana para produzir qubits mais confiáveis e dimensionáveis, que são os blocos de construção dos computadores quânticos.
Da mesma forma que a invenção dos semicondutores possibilitou os smartphones, computadores e eletrônicos de hoje, os topocondutores e o novo tipo de chip que eles possibilitam oferecem um caminho para o desenvolvimento de sistemas quânticos que podem chegar a um milhão de qubits e são capazes de lidar com os problemas industriais e sociais mais complexos, disse a Microsoft.
“Demos um passo atrás e dissemos ‘OK, vamos inventar o transistor para a era quântica. Que propriedades ele precisa ter?”, disse Chetan Nayak, pesquisador técnico da Microsoft. “E foi assim que chegamos até aqui – foi a combinação específica, a qualidade e os detalhes importantes em nossa nova pilha de materiais que possibilitaram um novo tipo de qubit e, por fim, toda a nossa arquitetura.”
Majorana e a computação quântica
Essa nova arquitetura usada para desenvolver o processador Majorana 1 oferece um caminho claro para colocar um milhão de qubits em um único chip que pode caber na palma da mão, disse a Microsoft. Esse é um limite necessário para que os computadores quânticos ofereçam soluções transformadoras do mundo real, como a decomposição de microplásticos em subprodutos inofensivos ou a invenção de materiais autocurativos para construção, manufatura ou saúde. Todos os computadores atuais do mundo operando juntos não podem fazer o que um computador quântico de um milhão de qubits será capaz de fazer.
“O que quer que você esteja fazendo no espaço quântico precisa ter um caminho para um milhão de qubits. Se isso não acontecer, você vai esbarrar em uma barreira antes de chegar à escala em que poderá resolver os problemas realmente importantes que nos motivam”, disse Nayak. “Na verdade, nós desenvolvemos um caminho para chegar a um milhão.”
O topocondutor, ou supercondutor topológico, é uma categoria especial de material que pode criar um estado de matéria totalmente novo – não um sólido, líquido ou gasoso, mas um estado topológico. Isso é aproveitado para produzir um qubit mais estável que é rápido, pequeno e pode ser controlado digitalmente, sem as desvantagens exigidas pelas alternativas atuais. Um novo artigo publicado na quarta-feira na Nature descreve como os pesquisadores da Microsoft conseguiram criar as propriedades quânticas exóticas do qubit topológico e também medi-las com precisão, uma etapa essencial para a computação prática.
Esse avanço exigiu o desenvolvimento de uma pilha de materiais totalmente nova feita de arsenieto e alumínio, grande parte da qual a Microsoft projetou e fabricou átomo por átomo. O objetivo era criar novas partículas quânticas chamadas Majoranas e tirar proveito de suas propriedades exclusivas para alcançar o próximo horizonte da computação quântica, disse a Microsoft.
O primeiro núcleo topológico do mundo que alimenta o Majorana 1 é confiável por design, incorporando resistência a erros no nível do hardware, o que o torna mais estável.
As aplicações comercialmente importantes também exigirão trilhões de operações em um milhão de qubits, o que seria proibitivo com as abordagens atuais que dependem de um controle analógico de ajuste fino de cada qubit. A nova abordagem de medição da equipe da Microsoft permite que os qubits sejam controlados digitalmente, redefinindo e simplificando enormemente o funcionamento da computação quântica.
Esse progresso valida a escolha da Microsoft, feita anos atrás, de buscar um projeto de qubit topológico – um desafio científico e de engenharia de alto risco e alta recompensa que agora está valendo a pena. Hoje, a empresa colocou oito qubits topológicos em um chip projetado para ser dimensionado para um milhão.
“Desde o início, queríamos criar um computador quântico para causar impacto comercial, e não apenas liderança de pensamento”, disse Matthias Troyer, pesquisador técnico da Microsoft. “Sabíamos que precisávamos de um novo qubit. Sabíamos que precisávamos escalonar.”
Essa abordagem levou a Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), uma agência federal que investe em tecnologias revolucionárias importantes para a segurança nacional, a incluir a Microsoft em um programa rigoroso para avaliar se tecnologias inovadoras de computação quântica poderiam criar sistemas quânticos comercialmente relevantes mais rapidamente do que se acreditava ser possível.
A Microsoft é agora uma das duas empresas convidadas a passar para a fase final do programa Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) da DARPA – um dos programas que compõem a Iniciativa de Benchmarking Quântico da DARPA – que tem como objetivo fornecer o primeiro computador quântico tolerante a falhas em escala de utilidade do setor, ou um computador cujo valor computacional exceda seus custos.
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