Un cip care schimbă totul: un pas decisiv spre calculatorul cuantic accesibil

Informatica cuantică, cândva rezervată laboratoarelor și demonstrațiilor teoretice, face pași tot mai concreți către lumea reală. O descoperire recentă, realizată de cercetători de la Universitatea din Sydney, marchează un moment crucial în această cursă tehnologică: echipa a conceput un cip electronic capabil să funcționeze la doar câteva milikelvini deasupra zero-ului absolut — în imediata vecinătate a qubiților, unitățile fundamentale ale calculatoarelor cuantice. Această inovație deschide drumul spre sisteme cuantice mai stabile, mai compacte și mai eficiente energetic.

Pentru a înțelege impactul acestei realizări, trebuie să ne reamintim diferența fundamentală dintre calculatoarele clasice și cele cuantice. Dacă primele lucrează cu biți (0 sau 1), cele din urmă se bazează pe qubiți, care pot exista simultan în mai multe stări datorită proprietăților fizicii cuantice — superpoziția și inseparabilitatea cuantică. Acest lucru le permite să efectueze calcule extrem de complexe, cu o viteză imposibil de atins de computerele convenționale.

Dar qubiții sunt extrem de sensibili: trebuie menținuți la temperaturi extrem de joase (aproape de -273,15 °C), într-un mediu perfect izolat, pentru a nu-și pierde starea cuantică. Până acum, dispozitivele de control al qubiților erau amplasate la distanță, la temperatura camerei, ceea ce complica enorm arhitectura sistemului și limita posibilitatea de a scala la un număr mare de qubiți.

Echipa coordonată de profesorul David Reilly a găsit o soluție elegantă: un cip de control care funcționează direct în mediul criogenic, alături de qubiți. Cipul este fabricat cu tehnologie CMOS standard — aceeași utilizată la scară industrială pentru cipurile obișnuite — și controlează qubiți de spin, care stochează informația în orientarea magnetică a electronilor. Noutatea absolută: cipul poate funcționa la temperaturi de doar câteva milikelvini fără a perturba stabilitatea sau fidelitatea operațiunilor cuantice. Testele au demonstrat că timpul de coerență al qubiților nu este afectat, iar precizia operațiunilor rămâne remarcabilă.

Această realizare are implicații uriașe. În primul rând, consumul energetic al cipului este extrem de redus: doar 10 microwați în total, cu 20 nanowați pe megahertz pentru componentele analogice — o performanță esențială pentru controlul a milioane de qubiți. În al doilea rând, integrarea controlului chiar lângă qubiți elimină nevoia unor rețele complexe de cabluri criogenice, simplificând considerabil designul hardware și reducând riscurile de eroare.

„Proiectarea unui cip criogenic cu zgomot redus și consum minim a necesitat ani de experiență”, explică dr. Kushal Das, principalul proiectant. Rezultatul este un cip atât de bine optimizat, încât comutarea tranzistoarelor devine aproape imperceptibilă pentru qubiții extrem de sensibili.

Această inovație nu rămâne între zidurile laboratorului. Profesorul Reilly și colegul său, dr. Thomas Ohki, au fondat compania Emergence Quantum, cu scopul de a comercializa această tehnologie. Obiectivul lor: integrarea acestor cipuri în viitoarele sisteme cuantice produse la scară industrială. Potrivit profesorului Andrew Dzurak, CEO al companiei Diraq, aceasta este „o etapă decisivă pentru integrarea qubiților de siliciu cu electronica clasică într-un singur pachet compact”.

Articolul a fost publicat în prestigioasa revistă Nature și contribuie la consolidarea poziției orașului Sydney ca centru internațional al cercetării în informatică cuantică. Universitatea, companiile și institutele locale colaborează într-un ecosistem din ce în ce mai competitiv, care transformă Australia într-un actor major în această revoluție tehnologică.

Dezvoltarea acestui cip criogenic ar putea marca începutul unei noi ere: cea a computerului cuantic funcțional și accesibil. Odată cu reducerea consumului de energie și apropierea dintre control și calcul, această tehnologie promite să accelereze soluționarea problemelor imposibil de rezolvat azi — de la simulări moleculare și optimizare, până la criptografie de nouă generație. Visul unui computer cuantic personal începe, încet, să prindă contur.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România