Uma equipa da Universidade de Colúmbia apresentou um protótipo que demonstra a viabilidade de processadores quânticos com até 100 000 qubits formados por átomos neutros. O anúncio baseia-se em avanços obtidos no ano passado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, que havia construído um processador com 6 100 qubits controlados individualmente por pinças ópticas.
Arquitetura com átomos neutros ganha novo impulso
Os investigadores escolheram átomos neutros como elemento básico do computador quântico por serem naturalmente idênticos, dispensando processos complexos de caracterização e sincronização exigidos noutros tipos de qubits. O principal desafio é produzir, manipular e ler um grande conjunto desses átomos de forma estável e simultânea.
No novo trabalho, a equipa de Colúmbia instalou 1 000 qubits num chip e demonstrou, segundo simulações e medições experimentais, que a mesma arquitetura pode ser expandida a cinco ordens de magnitude. “Os átomos são os qubits da natureza; sempre iguais e em abundância. O gargalo tem sido controlá-los em larga escala”, afirmou o investigador Aaron Holman.
Metassuperfícies geram matrizes de pinças ópticas
A ampliação tornou-se possível graças a um método que utiliza metassuperfícies para criar matrizes de pinças ópticas. Essas estruturas planas são formadas por milhões de nanoantenas que alteram o feixe de luz ao passar por elas, gerando padrões customizados capazes de prender cada átomo no espaço desejado. No dispositivo apresentado, as nanoantenas medem menos de 200 nanómetros, significativamente inferiores ao comprimento de onda de 520 nm usado para as pinças óticas.
A metassuperfície foi fabricada em nitreto de silício e dióxido de titânio, materiais compatíveis com processos de microeletrónica tradicionais. Essa escolha permite suportar intensidades ópticas superiores a 2 000 W/mm² — aproximadamente um milhão de vezes a luz solar que atinge a superfície da Terra — sem comprometer a integridade do sistema. De acordo com o professor Yuan Xu, a combinação de alta resistência a potência e escalabilidade da nanofabricação coloca a plataforma entre as candidatas mais promissoras para matrizes extensas de qubits.
Matriz alcança 360 000 pinças num único chip
Na demonstração, o grupo prendeu átomos em diferentes arranjos bidimensionais: uma rede quadrada com 1 024 sítios, padrões de quasicristal e até a silhueta da Estátua da Liberdade, todos com distribuição uniforme dos qubits. O destaque foi uma metassuperfície de 3,5 mm de diâmetro que reúne mais de 100 milhões de nanoantenas distribuídas em 600 × 600 píxeis, resultando em 360 000 pinças ópticas integradas numa única estrutura monolítica. O número é cem vezes superior ao obtido por técnicas anteriores.
Imagem: NewsUp Brasil
Potencial para computação, simulação e cronometrias de precisão
A possibilidade de elevar a contagem de qubits para a casa dos centenares de milhares abre novas perspetivas em três frentes principais. Na computação quântica, conjuntos maiores permitem executar algoritmos complexos que exigem elevado paralelismo e tolerância a erros. Em simuladores quânticos, a tecnologia pode modelar fenómenos de muitos corpos com maior fidelidade, beneficiando áreas como química de materiais e física de partículas. Já em relógios atómicos ópticos, a robustez e o tamanho reduzido das pinças geradas por metassuperfície facilitam a construção de dispositivos portáteis de alta precisão.
Os investigadores salientam que o próximo passo é integrar sistemas de leitura mais velozes, reduzir fontes de ruído ambiental e validar experimentalmente matrizes com dezenas de milhares de qubits. Embora o protótipo atual contenha 1 000 qubits, a demonstração de escalabilidade — respaldada por medições de uniformidade, estabilidade de intensidade e previsão térmica — indica que o limite prático de 100 000 qubits poderá ser alcançado com ajustes incrementais no processo de fabricação.
A abordagem de átomos neutros retoma protagonismo no cenário quântico ao oferecer qubits idênticos, compatíveis com tecnologias de fabricação em sala limpa e, agora, com uma técnica de manipulação que reduz custos e volume de equipamento ótico. Caso a expansão para matrizes superiores se confirme, a plataforma poderá rivalizar com arquiteturas baseadas em iões presos e semicondutores, colocando a computação quântica mais próxima de aplicações comerciais.
