A busca por computadores quânticos mais poderosos pode depender de uma tecnologia descartada há décadas: circuitos supercondutores. Embora a década de 1980 tenha visto o entusiasmo inicial em torno desses componentes ultraeficientes, eles foram finalmente deixados de lado pelos chips convencionais que emitiam calor. Agora, uma nova geração de investigadores está a revisitar esta abordagem, com potencial para melhorar drasticamente a escalabilidade e a eficiência da computação quântica.
A promessa esquecida da supercondutividade
Em 1980, a IBM investiu pesadamente em tecnologia de supercondutores, imaginando computadores que minimizassem a perda de energia e maximizassem o desempenho. A Scientific American ainda apresentava um circuito supercondutor em sua capa, sinalizando o potencial percebido da tecnologia. Contudo, a necessidade de manter temperaturas extremamente baixas revelou-se demasiado dispendiosa e impraticável, levando a IBM a abandonar o esforço em 1983. Apesar deste revés, os princípios subjacentes permaneceram relevantes.
SEEQC: Trazendo a supercondutividade de volta ao primeiro plano
Uma empresa, a SEEQC, está revivendo ativamente esta abordagem. Suas instalações no norte do estado de Nova York dão continuidade à pesquisa iniciada no programa fechado de computação supercondutora da IBM. A empresa pretende aproveitar chips supercondutores para superar as limitações atuais no projeto de computadores quânticos. Seu processo de fabricação envolve camadas cuidadosas de nióbio metálico ultrafino em materiais dielétricos, criando estruturas delicadas essenciais para operações quânticas.
O problema central: eficiência energética na computação quântica
Os computadores convencionais perdem energia na forma de calor, tornando-se ineficientes em grande escala. Michael Frank, um cientista da computação, observou que um computador típico é essencialmente um aquecedor caro com um pequeno efeito colateral computacional. Os componentes supercondutores, porém, transmitem eletricidade com perfeita eficiência, eliminando esse desperdício. O desafio reside em manter o frio extremo necessário para a supercondutividade – apenas alguns graus acima do zero absoluto.
Segunda chance da computação quântica com supercondutores
Os supercondutores ressurgiram no final da década de 1990 com a criação do primeiro qubit supercondutor. Isso marcou uma mudança da replicação da computação convencional para a exploração de paradigmas computacionais inteiramente novos. Hoje, o Google e a IBM utilizam qubits supercondutores em seus computadores quânticos mais poderosos, demonstrando possíveis avanços na resolução de problemas científicos.
O Gargalo: Escalando Sistemas Quânticos
Apesar desses avanços, os computadores quânticos permanecem limitados por obstáculos práticos de engenharia. Adicionar mais qubits – os blocos de construção fundamentais da computação quântica – requer um aumento exponencial de mecanismos de controle e cabeamento. A pura complexidade física cria calor, degrada o desempenho do qubit e, em última análise, limita a escalabilidade.
Solução da SEEQC: Chips de controle supercondutores integrados
A inovação do SEEQC resolve esse gargalo. Eles desenvolveram um chip que integra qubits supercondutores com um circuito de controle supercondutor convencional. Esse design elimina a necessidade de componentes volumosos e que consomem muita energia em temperatura ambiente que atualmente dominam a arquitetura de computadores quânticos.
Os principais benefícios incluem:
- Calor reduzido: Ao manter todos os componentes no mesmo ambiente criogênico, o sistema minimiza a interferência externa de calor.
- Eficiência Energética: O chip de controle supercondutor opera com uma fração da energia exigida pelas alternativas convencionais, melhorando potencialmente a eficiência energética por um fator de um bilhão.
- Arquitetura simplificada: O design integrado reduz a complexidade do cabeamento e atrasos de sinal, melhorando o controle de qubit e a correção de erros.
O caminho a seguir
SEEQC está atualmente testando seus chips com vários designs de qubit, mostrando resultados iniciais promissores. No entanto, escalar para máquinas de um milhão de qubits imaginadas por pesquisadores como David DiVincenzo continua a ser um desafio significativo. A empresa também está abordando questões fundamentais da física, como evitar que vórtices quânticos atrapalhem o desempenho do qubit.
Em última análise, o renascimento da tecnologia supercondutora da década de 1980 poderá redefinir o futuro da computação quântica. Ao simplificar a arquitetura e maximizar a eficiência, a abordagem do SEEQC oferece um caminho para sistemas quânticos mais poderosos, escaláveis e sustentáveis.
