Se você acompanha notícias de computação quântica por tempo suficiente, pode começar a parecer que qualquer sistema quântico que possa alternar entre dois estados de energia bem separados pode ser usado como um qubit. Átomos, íons, fótons, elétrons e dispositivos fabricados têm seus apoiadores. Uma das principais coisas que atrai apoiadores é a capacidade da tecnologia de escalar. Precisaremos de muitos qubits de alta qualidade para começar a fazer cálculos complexos, e a capacidade de qualquer tecnologia de nos levar até lá é assunto de debate.

Assim, mesmo que algumas tecnologias agora possam suportar milhares de qubits, alguns concorrentes ainda estão trabalhando com um punhado de qubits - as empresas por trás deles estão convencidas de que têm potencial para escalar de forma mais eficaz.

Uma dessas tecnologias envolve pontos quânticos que seguram um único elétron. Sua vantagem é que podemos fabricá-los usando a mesma tecnologia que usamos para construir processadores tradicionais, uma abordagem que se mostrou escalável. Esta semana vimos dois novos artigos descrevendo diferentes maneiras de usar pontos quânticos, um dos quais foi atraente o suficiente para a IBM comprar a empresa que o desenvolveu. Separadamente, outra empresa lançou um processador mostrando 100 elétrons individuais sendo mantidos em defeitos de diamante, uma tecnologia que não era óbvia que pudesse escalar.

A primeira notícia vem de uma publicação na Nature de uma empresa chamada HRL Laboratories, descendente do programa de pesquisa lançado por Howard Hughes. A HRL está usando pontos quânticos fabricados, uma tecnologia distinta dos pontos usados em telas, embora se baseie em alguns dos mesmos princípios físicos. Ambas as abordagens usam uma estrutura que aprisiona elétrons em uma região menor que o comprimento de onda do elétron. Em telas, isso permite controlar o comprimento de onda que o material emite.

Para qubits, as armadilhas são muito menores e servem para manter um único elétron no lugar. Criticamente, elas podem ser fabricadas; com a fiação certa, interações eletromagnéticas podem prender um único elétron em uma pequena área de silício. Uma vez preso, o spin do elétron, que pode ser para cima, para baixo ou uma superposição dos dois, pode ser usado como um qubit. Embora essa tecnologia possa escalar facilmente - somos muito bons em colocar fiação em silício em escala - os spins dos elétrons são difíceis de manter estáveis e são tipicamente controlados via micro-ondas, exigindo um sistema de controle separado.

Mas "tipicamente" não significa "sempre", e a HRL está descrevendo uma tecnologia diferente. Ela requer três pontos quânticos separados, cada um segurando um elétron, com a eletrônica ao redor controlando o quanto os spins desses três elétrons podem interagir. Isso é crítico porque, sob certas condições, dois elétrons não podem ter o mesmo spin. Isso explica por que os orbitais atômicos se preenchem da maneira que fazem, com cada nível de energia segurando apenas um par, um spin para cima, o outro para baixo. Permitir que eles interajam pode alterar seus spins.

Para fazer operações nesse tipo de qubit, você simplesmente precisa controlar quais elétrons estão interagindo e em que extensão. Isso é controlado eletronicamente, permitindo eliminar completamente as micro-ondas. Tudo é tratado via fiação, eliminando a necessidade de muitos cabos de micro-ondas no sistema de refrigeração que mantém o hardware próximo do zero absoluto.

A HRL gasta grande parte do artigo descrevendo seu sistema de controle, que fica em um nível intermediário de refrigeração e consiste em um processador tradicional otimizado para operação em baixa temperatura e baixo consumo, consumindo menos de 3,5 watts apesar de ser fabricado em um processo de 130 nm. Instruções para operar os qubits são compiladas em outro lugar, depois carregadas no controlador, após o que ele opera autonomamente. Comunicações com o chip que segura os qubits são tratadas por um cabo de fita supercondutor.

O sistema que a HRL descreve tinha 18 qubits, e a empresa executou um código simples de correção de erros nele, demonstrando uma taxa de erro lógico de menos de 1%. Isso está bem abaixo do que foi alcançado com outras tecnologias, mas é uma validação importante.