Computação
Qubits de milissegundos representam um avanço na tecnologia quântica.
Avanço na tecnologia de qubits supercondutores em escala de milissegundos
Os computadores quânticos podem revolucionar a forma como realizamos criptografia, calcular simulações complexas como a configuração 3D de proteínas e provavelmente terão muitas outras aplicações que mal conseguimos imaginar hoje.
Para funcionar, precisam de "qubits" o mais estáveis possível, o elemento fundamental da computação quântica. Até agora, apenas os computadores quânticos de "íons aprisionados" conseguiram gerar qubits altamente estáveis. Mas essa tecnologia é inerentemente mais difícil de ampliar do que a de qubits supercondutores.
Assim, embora os qubits supercondutores possam ser o futuro dessa tecnologia, é necessário melhorar a estabilidade do tempo de coerência desses qubits.
Foi exatamente isso que uma grande equipe de pesquisadores da Universidade de Princeton acaba de alcançar. Eles criaram um tipo de qubit supercondutor que consegue manter a coerência por mais de um milissegundo, três vezes mais do que o melhor tempo já registrado.
Eles publicaram suas descobertas na revista Nature.1, Sob o título "Tempos de vida e coerência em milissegundos em qubits transmon 2D".
O Limite de Coerência do Qubit
Para realizar computação quântica, um computador quântico precisa manter a "coerência", um estado quântico especial extremamente vulnerável à interferência do ambiente. Em geral, o ruído térmico e o movimento das partículas tendem a destruir a coerência em nanossegundos.
Em condições especiais, como temperaturas extremamente baixas, a vida útil de um qubit pode ser maior. Mesmo assim, a coerência por tempo suficiente ainda é uma grande limitação para a maioria dos computadores quânticos atuais, levando a erros de cálculo que não apenas diminuem a capacidade computacional total, mas também não podem ser facilmente compensados com atualizações de software.
Portanto, determinar qual material é capaz de manter a coerência por mais tempo é um passo fundamental que precisa ser dado antes que a indústria da computação quântica alcance o estágio comercial.
“O verdadeiro desafio, o que nos impede de ter computadores quânticos úteis hoje em dia, é que você constrói um qubit e a informação simplesmente não dura muito tempo.
Este é o próximo grande salto em frente.”
Andrew Houck, reitor da faculdade de engenharia de Princeton.
Como os pesquisadores ampliaram a coerência do qubit Transmon
Os pesquisadores utilizaram o mesmo tipo de qubits supercondutores usados por empresas como Google ou IBM em seus próprios computadores quânticos. tqubits de resgate.
Os qubits Transmon têm a vantagem de serem de alta fidelidade (fidelidade de porta de qubit único superior a 99.9%), possíveis de serem produzidos em larga escala e com altos tempos de coerência de 0.1 milissegundos.
Isso é promissor, mas o tempo de coerência ainda é muito baixo.
Portanto, quando os pesquisadores de Princeton anunciaram que conseguiram criar um qubit com duração média de 1.68 ms, isso representa uma melhoria enorme.
Fonte: Natureza
Essa duração de qubit é 3 vezes maior que a melhor já criada em laboratório e 15 vezes maior que a usada por empresas privadas que desenvolvem computadores quânticos.
Por que o tântalo e o silício melhoram a coerência quântica
Tântalo aumenta a coerência
Para alcançar esse resultado, os pesquisadores utilizaram duas melhorias diferentes no material empregado.
Primeiro, eles usaram um metal chamado tântalo como camada base para ajudar os circuitos frágeis a conservar energia. Isso porque minúsculos defeitos superficiais ocultos no metal podem capturar e absorver energia à medida que ela se move.
Isso se torna especialmente problemático à medida que mais qubits são adicionados a um chip, pois esse tipo de erro se multiplica a ponto de torná-lo inútil a partir de um certo número.
A microscopia eletrônica de transmissão por varredura (STEM) foi utilizada para confirmar a estrutura altamente regular dos cristais cúbicos de tântalo.
Fonte: Natureza
Comparado a metais como o alumínio, o tântalo apresenta muito menos defeitos e é altamente resistente a processos de limpeza agressivos utilizados para remover impurezas.
“Você pode colocar tântalo em ácido, e mesmo assim suas propriedades não se alteram.”
Cultivar tântalo diretamente sobre silício foi um desafio que exigiu um esforço considerável para ser superado.
Deslize para rolar →
| Material Qubit | Substrate | Tempo médio de coerência | Densidade do defeito | Facilidade de Fabricação |
|---|---|---|---|---|
| Alumínio: | Safira | 0.1 ms | Alto | Suporte: |
| Tântalo | Silício de alta resistividade | 1.68 ms | Baixo | Alto (compatível com semicondutores) |
Silício substituindo a safira
Outra fonte de perda de energia que leva à perda de coerência é o substrato de safira usado em chips quânticos.
Em vez disso, os pesquisadores utilizaram silício de alta qualidade (alta resistividade), um material padrão comum na indústria tradicional de computadores.
Em conjunto, essas melhorias nos materiais utilizados nessa plataforma de tântalo sobre silício fizeram com que as portas de qubit único resultantes atingissem uma fidelidade de 99.994%.
Da descoberta inovadora em laboratório aos chips quânticos escaláveis
Os pesquisadores então utilizaram seu método para construir um chip quântico totalmente funcional que supera todos os projetos anteriores.
Como a taxa de erro é multiplicativa, esse tipo de melhoria aumenta exponencialmente com o tamanho do sistema. Consequentemente, a melhoria de 10 a 15 vezes na taxa de erro para qubits individuais tem um efeito muito maior em um computador com múltiplos qubits.
É importante ressaltar que esse qubit não é um conceito novo e exótico, mas simplesmente um qubit supercondutor "tradicional" que utiliza um material diferente, podendo, portanto, ser facilmente integrado a computadores quânticos existentes e utilizado por softwares de computação quântica já disponíveis.
"Substituir os componentes de Princeton pelos do melhor processador quântico do Google, chamado Willow, permitiria que ele funcionasse 1,000 vezes melhor."
Os benefícios do qubit de Princeton crescem exponencialmente à medida que o tamanho do sistema aumenta, portanto, adicionar mais qubits traria benefícios ainda maiores.”
Andrew Houck, reitor da faculdade de engenharia de Princeton.
Isso significa que o projeto de Princeton poderia permitir que um hipotético computador de 1,000 qubits funcionasse aproximadamente 1 bilhão de vezes melhor.
Melhor ainda, o uso de tântalo e silício significa que o método de fabricação se encaixa nos já utilizados pela indústria de semicondutores, tornando a produção em massa uma meta muito mais fácil de alcançar do que uma tecnologia totalmente nova.
Esta pesquisa parece indicar que os chips quânticos de silício, que discutimos anteriormente, provavelmente representam a direção correta para a indústria da computação quântica.
Junto com melhores fontes de luz quântica, chips híbridos quântico-fotônicos e a possibilidade de transportar informações quânticas juntamente com o fluxo de dados de telecomunicações normalEsses avanços em direção a computadores quânticos muito maiores mostram que a tecnologia está rapidamente atingindo a maturidade comercial.
Investindo em inovação em computação quântica
1. Alfabeto Inc.
(GOOGL )
O Google é muito ativo na computação quântica, principalmente por meio de suas... Laboratório de IA Quântica do Google e campus de IA Quântica em Santa Bárbara.
O computador quântico do Google fez história em 2019 ao afirmar ter alcançado a "supremacia quântica" com sua máquina Sycamore. A máquina realizou um cálculo em 200 segundos que levaria 10,000 anos para um supercomputador convencional.
Isto agora é ofuscado por O desempenho do seu chip mais recente, chamado Willow.Este é o primeiro chip de computação quântica com uma taxa de erro tão baixa que, quanto mais qubits forem adicionados, menor será o erro. Isso o torna o primeiro projeto de chip quântico escalável.
Mas talvez a maior contribuição do Google seja no software, uma atividade na qual possui um histórico impressionante, na verdade melhor do que em hardware (Busca, G Suite, Android, etc.).
O Quantum AI do Google já disponibiliza um conjunto de softwares projetados para auxiliar cientistas no desenvolvimento de algoritmos quânticos.
Também defende abertamente “pesquisadores, engenheiros e desenvolvedores para se juntarem a nós nesta jornada, conferindo nosso software de código aberto e recursos educacionais, incluindo nosso novo curso no Coursera, onde os desenvolvedores podem aprender os fundamentos da correção quântica de erros e nos ajudar a criar algoritmos que podem resolver os problemas do futuro."
Graças a essa abordagem aberta, o Google agora lidera tanto em hardware quanto em soluções de nuvem. O Google pode ser uma das empresas que definem os padrões de software de computação quântica e programação quântica, o que lhe confere uma posição privilegiada para direcionar a evolução futura do setor.
Enquanto isso, soluções de IA, incluindo o carro autônomo da Waymo, podem se tornar o novo gerador de receita para a Alphabet, que ainda detém uma posição extremamente dominante nos setores de pesquisa e anúncios.
Você pode aprender mais sobre as atividades não relacionadas à computação quântica do Google, especialmente anúncios e inteligência artificial. no nosso relatório dedicado de dezembro de 2024.
Últimas notícias e novidades sobre as ações da Alphabet (GOOGL)
Estudo referenciado:
1. Bland, MP, Bahrami, F., Martinez, JGC et al. Tempos de vida em milissegundos e tempos de coerência em qubits transmon 2D. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4
