Em 2007, a empresa canadense D-Wave, então recém-criada a partir dos laboratórios da Universidade da Colúmbia Britânica, afirmou ter construído o primeiro processador quântico.Físicos de todo o mundo mostraram-se céticos com a alegação: o processador era interessante, mas todos duvidavam de que ele usasse fenômenos quânticos para funcionar.
Caixa-preta quântica
Agora, pela primeira vez, a empresa decidiu publicar um artigo científico dando alguns detalhes sobre o funcionamento do seu processador e revelando o papel que a mecânica quântica representa em seu funcionamento.
Ao contrário de todas as pesquisas na área da computação quântica, que estimam que décadas de pesquisas ainda nos separam desses computadores futurísticos, o chip da D-Wave foi fabricado usando as técnicas tradicionais da microeletrônica, embora usando materiais supercondutores.
O processador possui 128 qubits supercondutores e 24.000 componentes conhecidos como junções Josephson, ou qubits de fase Josephson. Como todo material supercondutor, ele funciona sob temperaturas criogênicas.
"Nós já sabemos há algum tempo que esses processadores são extremamente eficazes em resolver os problemas para os quais eles foram projetados, mas esta é a primeira vez que nós pudemos abrir a caixa-preta e mostrar como eles exploram a mecânica quântica para resolver esses problemas," anunciou Geordie Rose, gerente de tecnologia da D-Wave.
Célula quântica
O artigo, publicado na revista Nature, descreve o funcionamento de um bloco do circuito do processador, uma célula, como eles o chamam.
A célula, uma das 16 que formam o processador quântico, é formada por oito qubits supercondutores de fluxo e 1.500 junções Josephson.
"Os pesquisadores tiraram uma série de 'fotografias' do comportamento da célula conforme ela executava um cálculo e mostraram que, usando o alto grau de controle embutido no circuito integrado, os efeitos quânticos podem ser precisamente controlados como desejado por um programador para acelerar os cálculos", afirmou a empresa em nota.
Quem vai programar os computadores quânticos?
Processador quântico
O processador usa "bobinas" de fio supercondutor como qubits. Quando uma corrente elétrica circula por essas bobinas - daí o nome de qubits de fluxo - a energia é quantizada.
Os dois níveis mais baixos de energia - os elétrons circulando no sentido horário ou anti-horário - podem ser usados para representar os 0s e 1s.
O campo magnético associado com a corrente elétrica que percorre o qubit de fluxo também é quantizado, apontando num ou noutro sentido conforme a direção da corrente. O sentido desse campo magnético pode ser alterado usando um campo magnético externo.
O grande desafio para a construção de um computador quântico é manter os qubits com seus valores, sem que os dados sejam corrompidos por influências externas.
A empresa afirma que, usando uma propriedade chamada termalização quântica (quantum annealing) - dentro de um conceito conhecido como computação quântica adiabática -, seu processador mantém oito qubits acoplados, todos no menor nível de energia.
Cálculo quântico
Para fazer os cálculos, o processador liga e desliga as interações entre os diversos qubits.
Com isto, o estado de baixa energia do sistema em situação de não-interação deve evoluir naturalmente para o estado de baixa energia do sistema em interação - a resposta do cálculo estará codificada nas interações.
Os pesquisadores argumentam que os qubits de fato atingem seu menor estado de energia seguindo a mecânica quântica. "A evolução [do sistema] é consistente com a mecânica quântica, e não com a mecânica clássica," afirmam.
A empresa anunciou que pretende publicar novos artigos científicos nos próximos meses, dando mais detalhes do funcionamento do seu processador.
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