IQM: nova fonte de micro-ondas superresfriada aumenta a escala dos computadores quânticos

By On 10 dez, 2021

ESPOO (Finlândia) 10/12/2021 –

Um consórcio de pesquisa incluindo Aalto University, VTT e IQM projetou uma nova fonte de micro-ondas que poderia substituir os volumosos sistemas de controle existentes que dificultam a escalabilidade dos computadores quânticos.

Em um novo trabalho publicado na Nature Electronics, pesquisadores na Finlândia desenvolveram um circuito que produz os sinais de micro-ondas de alta qualidade necessários para controlar computadores quânticos enquanto operam em temperaturas próximas do zero absoluto. Esse é um passo fundamental para aproximar o sistema de controle do processador quântico, o que pode tornar possível aumentar significativamente o número de qubits no processador.

Este comunicado de imprensa inclui multimédia. Veja o comunicado completo aqui: https://www.businesswire.com/news/home/20211210005255/pt/

Artistic impression of an on-chip microwave source controlling qubits. Credit: Aleksandr Kakinen.

Um dos fatores que limitam o tamanho dos computadores quânticos é o mecanismo usado para controlar os qubits em processadores quânticos. Isso normalmente é realizado usando uma série de pulsos de micro-ondas e, como os processadores quânticos operam em temperaturas próximas do zero absoluto, os pulsos de controle são normalmente trazidos para o ambiente resfriado por meio de cabos de banda larga a partir da temperatura ambiente.

Conforme o número de qubits aumenta, também aumenta o número de cabos necessários. Isso limita o tamanho potencial de um processador quântico, porque os refrigeradores que resfriam os qubits teriam de ser maiores para acomodar mais e mais cabos, ao mesmo tempo em que trabalham mais para resfriá-los – em última análise, uma proposta sem êxito.

Um consórcio de pesquisa que inclui a Aalto University, o Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia e IQM Quantum Computers desenvolveu agora um componente-chave da solução para este enigma. “Construímos uma fonte de micro-ondas precisa que funciona na mesma temperatura extremamente baixa que os processadores quânticos, a uns 273 graus negativos”, disse o líder da equipe, Mikko Möttönen, professor da Aalto University e do Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia e cofundador e cientista-chefe da IQM.

A nova fonte de micro-ondas é um dispositivo no chip que pode ser integrado a um processador quântico. Com menos de um milímetro de tamanho, ele potencialmente elimina a necessidade de cabos de controle de alta frequência conectando diferentes temperaturas. Com esta fonte de micro-ondas de baixa potência e baixa temperatura, é possível usar criostatos menores e, ao mesmo tempo, aumentar o número de qubits em um processador.

“Nosso dispositivo produz 100 vezes mais energia do que as versões anteriores, o que é suficiente para controlar qubits e realizar operações de lógica quântica”, afirmou Möttönen. “Isso produz uma onda senoidal muito precisa, que oscila mais de 1 bilhão de vezes por segundo. Como resultado, os erros em qubits da fonte de micro-ondas são muito raros, o que é importante ao implementar operações precisas de lógica quântica.”

No entanto, uma fonte de micro-ondas de onda contínua, como a produzida por este dispositivo, não pode ser usada como está para controlar os qubits. Primeiro, as micro-ondas devem ser moldadas em pulsos. Atualmente, a equipe está desenvolvendo métodos para ligar e desligar rapidamente a fonte de micro-ondas.

Mesmo sem uma solução de comutação para criar pulsos, uma fonte de micro-ondas eficiente, de baixo ruído e baixa temperatura pode ser útil em uma série de tecnologias quânticas, como é o caso dos sensores quânticos.

“Além de computadores quânticos e sensores, a fonte de micro-ondas pode atuar como um relógio para outros dispositivos eletrônicos. Ela pode manter diferentes dispositivos no mesmo ritmo, permitindo-lhes induzir operações para vários qubits diferentes no instante de tempo desejado”, explicou Möttönen.

A análise teórica e o design inicial foram realizados por Juha Hassel e sua equipe no VTT. Hassel, que iniciou este trabalho no VTT, é atualmente a chefe de Engenharia e Desenvolvimento da IQM Quantum Computers, líder pan-europeia em computadores quânticos. Em seguida, o dispositivo foi construído no VTT e operado pela pesquisa de pós-doutorado de Chengyu Yan e seus colegas da Aalto University usando a infraestrutura de pesquisa OtaNano. Yan é atualmente professor associado da Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, na China. As equipes envolvidas nesta pesquisa fazem parte do Centro de Excelência em Tecnologia Quântica da Academia da Finlândia (QTF) e do Instituto Finlandês de Quantum (InstituteQ).

Artigo de pesquisa original

Chengyu Yan, Juha Hassel, Visa Vesterinen, Jinli Zhang, Joni Ikonen, Leif Grönberg, Jan Goetz and Mikko Möttönen, A low-noise on-chip coherent microwave source, Nature Electronics, DOI:10.1038/s41928-021-00680-z (2021)

https://doi.org/10.1038/s41928-021-00680-z (link disponível após fim do embargo)

Pré-impressão disponível a qualquer momento: https://arxiv.org/pdf/2103.07617

Mais fotos no banco de imagens: https://materialbank.aalto.fi/l/sjcg87sHxFfR

Sobre a IQM Quantum Computers

A IQM é líder pan-europeia em computadores quânticos.

Ela fornece computação quântica no local para laboratórios de pesquisa e centros de dados de supercomputação e oferece acesso total ao seu hardware. No caso dos clientes industriais, a IQM oferece vantagem quântica por meio de uma abordagem única de design conjunto e aplicação específica.

A IQM está construindo o primeiro computador quântico comercial de 54 qubits da Finlândia com o VTT, e um consórcio liderado pela IQM (Q-Exa) está construindo o computador quântico da Alemanha que será integrado a um supercomputador HPC para criar um acelerador para pesquisas científicas futuras. A IQM possui escritórios em Bilbau (Espanha), Munique (Alemanha) e Espoo (Finlândia), e emprega mais de 130 pessoas. Mais informações em: www.meetiqm.com

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