Realizarea unui nou tip de tranzistor, numit tranzistor crio-CMOS, ar putea marca un punct de cotitură major în dezvoltarea calculatoarelor cuantice și a altor tehnologii avansate de calcul. Într-adevăr, acest tranzistor este capabil să funcționeze în condiții extreme, la temperaturi apropiate de zero absolut, acolo unde componentele electronice tradiționale se chinuie să funcționeze. Și mai impresionant, ar putea permite viitoarelor computere cuantice să funcționeze mult mai eficient prin reducerea semnificativă a consumului de energie.
Un tranzistor este un mic dispozitiv electronic folosit pentru a amplifica sau controla semnalele electrice. Este una dintre componentele cheie ale tuturor electronicelor moderne, de la smartphone-uri la computere. Face posibilă reglarea energiei electrice și, prin urmare, efectuarea calculelor și stocarea datelor. Calculatoarele clasice pe care le folosim zilnic se bazează pe miliarde de tranzistori pentru a efectua milioane de operații pe secundă. Calculatoarele cuantice funcționează foarte diferit. Nu se bazează pe biți tradiționali (0 sau 1), ci pe qubiți. Qubiții au capacitatea unică de a reprezenta atât 0, cât și 1 în același timp printr-un fenomen numit suprapunere. Acest lucru permite calculatoarelor cuantice să proceseze o cantitate imensă de informații simultan, făcând anumite tipuri de calcule mult mai rapide și mai puternice decât cele efectuate de computerele clasice. Qubiții trebuie să fie într-o stare foarte specială pentru a funcționa corect. Ei trebuie să fie răciți la temperaturi extrem de scăzute, apropiate de zero absolut (-273,15°C), pentru a ajunge la o stare de coerență cuantică. Una dintre principalele provocări ale calculatoarelor cuantice actuale este, prin urmare, menținerea acestor temperaturi ultra-scăzute.
La aceste temperaturi, chiar și cea mai mică căldură generată de componentele electronice tradiționale poate perturba funcționarea qubiților și poate încetini calculele. Sistemele actuale de răcire pentru calculatoarele cuantice sunt costisitoare și complexe, deoarece fiecare adăugare a unei componente electronice generează căldură care trebuie evacuată în mod constant pentru a menține condițiile necesare. Tranzistoarele convenționale nu sunt potrivite, deoarece disipă multă căldură atunci când sunt utilizate. Această disipare a căldurii face dificilă adăugarea multor componente într-un sistem cuantic, limitând performanța computerului. Aici intervine noul tranzistor crio-CMOS.
Inginerii au dezvoltat așadar un tranzistor capabil să funcționeze eficient la temperaturi extrem de scăzute, apropiate de 1 Kelvin (sau aproximativ -272°C), care este chiar mai rece decât temperatura necesară pentru ca qubiții să-și atingă starea de consistență. El a fost prezentat într-un articol postat pe baza de preprinturi arXiv.
Una dintre cele mai impresionante caracteristici ale acestui tranzistor este capacitatea sa de a genera foarte puțină căldură. Spre deosebire de tranzistoarele convenționale, care generează multă căldură atunci când sunt utilizate, tranzistorul crio-CMOS emite foarte puțină căldură, ceea ce reduce semnificativ consumul de energie al sistemelor electronice. Acest tranzistor este capabil să consume de o mie de ori mai puțină energie decât tranzistoarele tradiționale. Acest lucru reprezintă un progres imens pentru calculul cuantic. Prin reducerea disipării căldurii, acest tranzistor facilitează menținerea temperaturilor ultra-scăzute, adăugând în același timp mai multe componente electronice unui sistem cuantic fără a-i compromite eficiența. Acest progres ar putea face calculatoarele cuantice mult mai rentabile prin reducerea costurilor legate de gestionarea căldurii și răcire.
Dincolo de aplicațiile în calculatoarele cuantice, tranzistorul crio-CMOS ar putea fi folosit și în alte domenii ale calculului avansat. Exemplele includ supercalculatoarele care sunt folosite pentru a efectua calcule extrem de complexe în domenii precum modelarea climei, cercetarea biologică sau chiar inteligența artificială. Ele trebuie să funcționeze la temperaturi foarte scăzute pentru a-și optimiza performanța, iar acest tranzistor ar putea face funcționarea lor mai eficientă și mai puțin consumatoare de energie. În plus, tranzistorul crio-CMOS ar putea fi utilizat în tehnologiile spațiale. Componentele electronice care funcționează în spațiu trebuie adesea să poată rezista la temperaturi foarte scăzute, ceea ce face ca această nouă tehnologie să fie deosebit de interesantă pentru viitoarele misiuni spațiale.
