Investigadores da Universidade de Hong Kong demonstraram que transístores MOSFET fabricados em carbeto de silício (SiC) mantêm desempenho estável mesmo quando operam a temperaturas criogénicas próximas do zero absoluto. O avanço abre caminho para controladores eletrónicos colocados ao lado dos qubits, principal obstáculo à expansão dos processadores quânticos atuais.
Desempenho consistente em 10 milikelvin
O estudo liderado por Xin Yang avaliou MOSFETs de SiC resfriados a 10 mK, um ambiente no qual a maioria dos componentes de silício convencional falha. Nessa condição, os dispositivos não só continuaram funcionais como reproduziram o padrão de disparo de neurónios biológicos, comportamento essencial para circuitos neuromórficos. Segundo a equipa, é a primeira vez que um único transístor reproduz esse efeito em temperaturas tão baixas, mantendo eficiência energética suficiente para não perturbar sistemas quânticos sensíveis ao calor.
Para os especialistas, a característica é relevante porque os computadores quânticos exigem refrigeração extrema para preservar a coerência quântica. Qualquer calor adicional proveniente da eletrónica de controlo pode provocar erros ou colapso dos qubits. Como os controladores convencionais geram perdas térmicas significativas, eles ficam afastados da área de computação, gerando longas ligações físicas que limitam a escalabilidade. Ao funcionar de forma estável no mesmo ambiente criogénico, o transístor de SiC elimina esse gargalo.
Resistência diferencial negativa garante eficiência
O comportamento singular dos dispositivos decorre da resistência diferencial negativa (NDR) obtida quando o transístor é arrefecido abaixo de 2 K. Nesse intervalo, o aumento da tensão provoca redução da corrente, efeito oposto ao da resistência positiva descrita pela Lei de Ohm. A equipa identificou que a NDR em forma de “S” surge pela ionização por impacto de doadores de elétrons presente no carbeto de silício. Como o fenómeno é intrínseco à estrutura atómica do material, torna-se repetível e estável mesmo em escalas industriais.
Yuhao Zhang, coautor do trabalho, ressalta que a dinâmica de portadores única do SiC permite criar circuitos “milhares de vezes mais eficientes em termos de energia” do que a eletrónica convencional. A redução drástica de dissipação térmica atende ao requisito crítico dos processadores quânticos: manter uma carga térmica mínima dentro do refrigerador criogénico.
Integração direta com chips quânticos
Na prática, a plataforma proposta pode ser integrada diretamente no módulo onde ficam os qubits. A proximidade elimina cabos de alta densidade responsáveis por conectar controladores externos, elemento que hoje limita o número de qubits e eleva os custos de infraestrutura. Com o SiC, passa a ser possível desenhar controladores compactos, posicionados milímetros ao lado dos dispositivos de computação quântica, sem comprometer a temperatura do sistema.
A equipa antecipa benefícios imediatos para empresas que desenvolvem computadores quânticos baseados em tecnologias de supercondutores ou átomos artificiais, segmentos que normalmente operam em milikelvin. Além disso, os próprios circuitos neuromórficos criogénicos derivados da pesquisa poderão suportar tarefas de inteligência artificial próximas ao hardware quântico, reduzindo latências e consumo de energia.
Imagem: Tecnologia Inovação Notícias
Escalabilidade industrial já disponível
Um ponto crucial é que o carbeto de silício faz parte da cadeia produtiva global, especialmente no mercado de veículos elétricos e eletrónica de potência. Fundições especializadas já fabricam pastilhas de 300 mm exclusivamente em SiC, o que permite transpor rapidamente o protótipo de laboratório para produção em volume. Para Xin Yang, essa compatibilidade acelera a adoção da tecnologia, reduz custos e encurta ciclos de desenvolvimento.
Além do setor quântico, dispositivos de potência capazes de operar em ambientes criogénicos interessam a missões espaciais, onde oscilações extremas de temperatura são comuns. Satélites, telescópios e sondas podem beneficiar-se de circuitos robustos que funcionem sem aquecedores adicionais, aliviando carga útil e consumo energético.
Próximos passos e impacto potencial
O trabalho publicado demonstra experimentalmente os princípios de funcionamento, mas o grupo planeia agora otimizar a geometria dos transístores e integrar múltiplos componentes num único chip. Testes de longa duração em ambientes reais de computação quântica também estão previstos, a fim de validar estabilidade, ruído elétrico e compatibilidade eletromagnética.
Se as metas forem alcançadas, o carbeto de silício pode assumir duplo papel: servir como controlador de qubits e, simultaneamente, implementar redes neuromórficas que executem algoritmos de correção de erros ou pré-processamento de dados. Essa combinação, apontam os autores, criaria arquiteturas híbridas onde computação quântica e inteligência artificial convivem num mesmo nível de temperatura, algo ainda inédito no setor.
Por enquanto, a pesquisa oferece uma solução concreta ao principal limitador da escalabilidade quântica: o excesso de fios e de calor na zona criogénica. Transístores MOSFET de SiC provam que é possível aproximar a eletrónica clássica do coração do processador quântico sem sacrificar estabilidade térmica, avanço que poderá definir o ritmo de crescimento da próxima geração de computadores.
