1A: Conceito de uma rede quântica ‘plug-and-play’. Os nós do processador podem ser removidos ou adicionados sob demanda para reconfigurar ou aumentar a rede. 1b: Realização de uma interconexão prototípica. Um cabo supercondutor de baixa perda com conectores personalizados é conectado a qubits de transmon supercondutores, permitindo operações de portão entre os qubits. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01404-3
Os computadores quânticos, dispositivos que podem executar cálculos que dependem dos princípios da mecânica quântica, devem superar os computadores clássicos em alguns tipos de tarefas de otimização e processamento. Embora os físicos e os engenheiros tenham introduzido vários sistemas de computação quântica nas últimas décadas, escalando esses sistemas de maneira confiável para que eles possam enfrentar problemas no mundo actual e corrigir erros que surgem durante os cálculos se mostraram desafiadores.
Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign introduziram recentemente uma nova arquitetura quântica modular para escalar processadores quânticos supercondutores de maneira tolerante a falhas, escalável e reconfigurável. É necessário escalar de maneira tolerante a falhas para manter o Efeitos quânticos e condições necessárias para realizar cálculos quânticos de longo prazo.
Seu sistema proposto, descrito em um artigo publicado em Nature Electronicsé composto por vários módulos (ou seja, supercondutor qubit dispositivos) que podem operar de forma independente e estar conectados a outros por meio de uma interconexão de baixa perda, formando uma rede quântica maior.
“O ponto de partida para este estudo foi a visão atual do campo da computação quântica supercondutora de que precisaremos dividir os processadores em vários dispositivos independentes – uma abordagem que chamamos de ‘computação quântica modular'”, disse Wolfgang Pfaff, autor sênior do artigo, ao Phys.org.
“Isso nos últimos anos se tornou uma crença generalizada, e até empresas como a IBM estão perseguindo. Queríamos saber se podemos realizar uma interconexão amiga da engenharia para essa abordagem”.
Essencialmente, Pfaff e seus colegas queriam criar uma estratégia para conectar dispositivos quânticos, minimizando a degradação do sinal ou a dissipação de energia quando Informações quânticas é transmitido entre eles. Além disso, eles queriam ser capazes de se conectar facilmente, desconectar e reconfigurar os dispositivos.
“Muito simplesmente falando, nossa abordagem implica o uso de um cabo coaxial supercondutor de alta qualidade chamado ressonador de barramento”, explicou Pfaff. “Conectamos um qubit capacitivamente a um cabo através de um conector personalizado que coloca o cabo muito próximo (precisão sub-mm) ao qubit. Isso nos permite executar efetivamente portões entre qubit e cabo e, em seguida, vários qubits se estiverem conectados ao mesmo cabo.
“A chave no que mostramos é a capacidade de combinar uma conexão de baixa perda entre o cabo e o qubit com um portão rápido e de alta eficiência; Esse portão também é um novo desenvolvimento de nós, explorando um processo de conversão de frequência rápida que nosso estilo de qubits (transom qubits) nos permite fazer “.
A nova abordagem dos pesquisadores para criar redes quânticas modulares tem vantagens notáveis sobre os métodos anteriores para dimensionar sistemas quânticos. Nos testes iniciais, eles descobriram que isso lhes permitia conectar robustamente dispositivos quânticos baseados em supercondutores e desconectá-los mais tarde sem danificá-los; Tudo sem introduzir perda significativa de sinal em portões quânticos.
“Usando nossa abordagem, acho que temos oportunidades de construir reconfigurável sistemas quânticos De baixo para cima, com, por exemplo, a opção de, com o tempo, ‘plugue’ mais módulos de processador para uma rede de dispositivos quânticos “, acrescentou Pfaff.
“Atualmente, estamos trabalhando em um design no qual queremos ver se podemos aumentar o número de elementos que estamos conectando, aumentando nossas redes. Também estamos explorando como podemos superar melhor as perdas no sistema e tornar a arquitetura compatível com a correção de erros quânticos”.
Escrito para você pelo nosso autor Ingrid Fadellieditado por Lisa Locke verificou-se e revisado por Robert Egan– Este artigo é o resultado de um trabalho humano cuidadoso. Confiamos em leitores como você para manter vivo o jornalismo científico independente. Se este relatório é importante para você, considere um doação (especialmente mensalmente). Você vai conseguir um sem anúncios conta como um agradecimento.
Mais informações:
Michael Mollenhauer et al, uma rede elementar de alta eficiência de dispositivos qubit supercondutores intercambiáveis, Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01404-3
Citação: A rede modular oferece escala tolerante a falhas de dispositivos qubit supercondutores (2025, 30 de julho) recuperados em 30 de julho de 2025 de https://phys.org/information/2025-07-modular-network-fault-tolerant-scaling.html
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