Cientistas australianos criaram o primeiro circuito de computador quântico do mundo – um que contém todos os componentes essenciais encontrados em um chip de computador clássico, mas na escala quântica.
O primeiro transistor clássico de computador foi criado em 1947. O primeiro circuito integrado foi construído em 1958. Essas duas invenções tinham 11 anos de diferença.
A descoberta histórica foi publicada no dia 22/06/2022 na Nature, sua construção durou nove anos, ou seja, dois anos antes do previsto.
“Esta é a descoberta mais emocionante da minha carreira“, disse à ScienceAlert a autora sênior e física quântica Michelle Simmons, fundadora da Silicon Quantum Computing e diretora do Centro de Excelência em Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação da UNSW.
Simmons e sua equipe criaram o que é essencialmente um processador quântico funcional, como também o testaram com sucesso modelando uma pequena molécula na qual cada átomo tem vários estados quânticos – algo que um computador tradicional lutaria para alcançar.
Isso sugere que estamos agora um passo mais perto de finalmente usar o poder de processamento quântico para entender mais sobre o mundo ao nosso redor, mesmo na menor escala.
“Na década de 1950, Richard Feynman disse que nunca entenderemos como o mundo funciona – como a natureza funciona – a menos que possamos realmente começar a fazê-la na mesma escala“, disse Simmons ao ScienceAlert. “Se pudermos começar a entender materiais nesse nível, podemos projetar coisas que nunca foram feitas antes. A questão é: como você realmente controla a natureza nesse nível?“
A invenção
A última invenção segue a criação da equipe do primeiro transistor quântico em 2012. (Um transistor é um pequeno dispositivo que controla sinais eletrônicos e forma apenas uma parte de um circuito de computador. Um circuito integrado é mais complexo, pois une muitos transistores.)
Para dar esse salto na computação quântica, os pesquisadores usaram um microscópio de tunelamento de varredura em um vácuo ultra-alto para colocar pontos quânticos com precisão subnômetro.
A colocação de cada ponto quântico precisava estar certa para que o circuito pudesse imitar como os elétrons pulam ao longo de uma cadeia de carbonos unidireto e duplo em uma molécula de poliacetileno.
As partes mais complicadas estavam descobrindo: exatamente quantos átomos de fósforo deveriam estar em cada ponto quântico; exatamente o quão distante cada ponto deve ser; e, em seguida, engenharia de uma máquina que poderia colocar os pequenos pontos exatamente no arranjo certo dentro do chip de silício.
Se os pontos quânticos são muito grandes, a interação entre dois pontos se torna “grande demais para controlá-los independentemente”, dizem os pesquisadores.
Se os pontos são muito pequenos, então ele introduz aleatoriedade porque cada átomo extra de fósforo pode alterar substancialmente a quantidade de energia necessária para adicionar outro elétron ao ponto.
O chip quântico
O chip quântico final continha 10 pontos quânticos, cada um composto por um pequeno número de átomos de fósforo.
As ligações de carbono duplo foram simuladas colocando menos distância entre os pontos quânticos do que as ligações de carbono simples.
O poliacetileno foi escolhido porque é um modelo bem conhecido e, portanto, poderia ser usado para provar que o computador estava simulando corretamente o movimento dos elétrons através da molécula.
Computadores quânticos são necessários porque computadores clássicos não podem modelar moléculas grandes; elas são muito complexas.
Por exemplo, para criar uma simulação da molécula de penicilina com 41 átomos, um computador clássico precisaria de 1086 transistores, que são “mais transistores do que átomos no universo observável“.
Para um computador quântico, ele exigiria apenas um processador com 286 qubits (bits quânticos).
Como os cientistas atualmente têm visibilidade limitada de como as moléculas funcionam na escala atômica, há muito trabalho de adivinhação na criação de novos materiais.
“Um dos Santos Graals sempre foi fazer um supercondutor de alta temperatura”, diz Simmons. “As pessoas simplesmente não sabem o mecanismo de como funciona.”
A aplicação da computação quântica
A aplicação potencial para a computação quântica é o estudo da fotossíntese artificial, e como a luz é convertida em energia química através de uma cadeia orgânica de reações.
Outro grande problema que os computadores quânticos podem ajudar a resolver é a criação de fertilizantes. As ligações triplas de nitrogênio são atualmente quebradas sob altas condições de temperatura e pressão na presença de um catalisador de ferro para criar nitrogênio fixo para fertilizantes.
Encontrar um catalisador diferente que possa tornar o fertilizante mais eficaz poderia economizar muito dinheiro e energia.
Simmons diz que a realização de passar de transistor quântico para circuito em apenas nove anos está imitando o roteiro definido pelos inventores dos computadores clássicos.
Este artigo é republicado a partir de sciencealert sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
