Microsoft Revoluciona a Computação Quântica com Novo Processador

Supercondutor topológico

A Microsoft pegou de surpresa a comunidade da computação quântica ao apresentar um novo processador quântico, chamado Majorana 1, que é diferente de tudo o que seus concorrentes, como Google e IBM, apresentaram até agora.

É a primeira Unidade de Processamento Quântico (QPU) alimentada por um núcleo topológico, uma plataforma que usa materiais especiais, conhecidos como isolantes topológicos, nos quais os elétrons migram para a borda do material e fluem em uma direção definida sem restrições. Nessa rara “supercondutividade de borda”, os elétrons fluem sem atrito, deslizando sem esforço em torno de obstáculos enquanto se mantiverem em um fluxo no perímetro. No interior, porém, o material continua sendo um isolante – a descoberta deste fenômeno recebeu o Nobel de Física em 2016.

Outro detalhe crucial é que nesses “supercondutores topológicos” – ou topocondutores – emergem os chamados férmions de Majorana de modo zero, quasipartículas que podem funcionar como qubits tolerantes a falhas e imunes a ruídos porque essas partículas ficam protegidas contra perturbações, na verdade criando os qubits mais robustos que se tem notícia.

O que ninguém esperava era que essa plataforma emergente, que os físicos garantem ser essencialmente um novo estado da matéria, virasse um processador quântico real em tão pouco tempo.

“Ele tira proveito do primeiro topocondutor do mundo, um tipo inovador de material que pode observar e controlar partículas de Majorana para produzir qubits mais confiáveis e escaláveis, que são os blocos de construção dos computadores quânticos,” anunciou a empresa, acrescentando que a arquitetura deverá permitir a integração e uso de milhões de qubits.

Processador quântico com partículas de majorana

O chip usa componentes fabricados com uma combinação de arsenieto de índio (um semicondutor) e alumínio (um supercondutor). Quando resfriados próximo ao zero absoluto e devidamente controlados com campos magnéticos, esses componentes formam nanofios supercondutores topológicos com majoranas de modo zero (MZM: Majorana Zero Modes) nas extremidades dos fios – são os qubits de Majorana.

“Por quase um século, essas quasipartículas existiam apenas em livros didáticos. Agora, podemos criá-las e controlá-las sob demanda em nossos topocondutores. MZMs são os blocos de construção dos nossos qubits, armazenando informações quânticas por meio de ‘paridade’ – se o fio contém um número par ou ímpar de elétrons. Nos supercondutores convencionais, os elétrons se ligam em pares de Cooper e se movem sem resistência. Qualquer elétron desemparelhado pode ser detectado porque sua presença requer energia extra. Nossos topocondutores são diferentes: Aqui, um elétron desemparelhado é compartilhado entre um par de MZMs, tornando-o invisível para o ambiente. Essa propriedade única protege as informações quânticas,” detalhou Chetan Nayak, um dos projetistas do novo processador quântico.

Se esses qubits protegidos contra interferências do ambiente parecem ser tudo o que a indústria precisa, eles também impõem suas dificuldades: Como ler e escrever um qubit que parece intrinsecamente protegido?

“Nossa solução para esse desafio de medição funciona da seguinte forma: Usamos interruptores digitais para acoplar ambas as extremidades do nanofio a um ponto quântico, que é um pequeno dispositivo semicondutor que pode armazenar carga elétrica. Essa conexão aumenta a capacidade do ponto quântico de reter carga – criticamente, o aumento exato depende da paridade do nanofio. Medimos essa mudança usando micro-ondas. A capacidade do ponto de reter carga determina como as micro-ondas refletem no ponto quântico. Como resultado, elas retornam carregando uma impressão do estado quântico do nanofio,” detalhou Nayak.

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Computador quântico prático

Esta nova arquitetura oferece um caminho muito mais promissor para empacotar um milhão de qubits em um único chip que pode caber na palma da mão – este é um limite necessário para que os computadores quânticos forneçam soluções transformadoras do mundo real, disse a empresa.

No ano passado, a Microsoft e a Quantinuum lançaram outro processador quântico confiável, mas usando qubits lógicos. Neste novo desenvolvimento, as duas se uniram à Atom Computing, a primeira a criar um computador quântico com mais de 1.000 qubits para usar os novos qubits.

“Esses tipos de máquinas oferecem oportunidades importantes para desenvolver habilidades quânticas, criar aplicações híbridas e impulsionar novas descobertas, principalmente porque a IA é combinada com novos sistemas quânticos que serão alimentados por um número maior de qubits confiáveis,” anunciou a Microsoft.