A Microsoft pretende dar um passo “de gigante” na concretização do sonho quântico, ao desenvolver um chip de computação quântica pelo primeiro topocondutor do mundo. Trata-se de um novo chip, que foi batizado de Majorana 1, que vai permitir ajudar na construção de computador quânticos em anos, diminuindo as previsões de décadas como era apontado até aqui. 

Os topocondutores ou Supercondutores Topológicos, são uma nova categoria especial de material que pode atingir um novo estado de matéria. Ou seja, este não é sólido, líquido ou gasoso, mas sim um estado topológico. Este novo estado permite criar sistemas quânticos capazes de atingir 1 milhão de qubits num único chip que cabe na palma da mão. Esta é uma nova arquitetura de qubits. 

Veja na galeria imagens do chip Majorana 1 da Microsoft:

A Microsoft explica que o topocondutor pode observar e controlar partículas Majorana para produzir qubits mais escaláveis e confiáveis. A fabricante compara esta nova classe de chips ao que os semicondutores fizeram para os smartphones, computadores e eletrónica atual, mas agora a nível quântico, escalando milhões de qubits, sendo capazes de resolver os mais complexos problemas industriais e da sociedade, tais como transformar os microplásticos em produtos sem perigo para o meio-ambiente. Ou inventar materiais auto-regenerativos para a construção, fábricas ou medicina.

"A computação quântica ensina a IA a linguagem da natureza para que a IA possa dizer-lhe a receita para aquilo que deseja fazer",  aponta Matthias Troyer, investigador técnico da Microsoft.

São dados exemplos de químicas que podem ser investigadas para certos materiais que sofrem de corrosão ou rachas. Os materiais auto-regenerativos podem resolver problemas como reparar fendas em pontes ou em componentes de aviões, ecrãs partidos nos smartphones ou riscos na chapa dos automóveis. No caso dos plásticos, são muitas as composições químicas destes materiais, sendo preciso uma computação quântica para calcular as propriedades dos catalisadores para destruir os elementos poluentes ou desenvolver alternativas não-tóxicas. E os catalisadores biológicos como as enzimas, podem ser melhor tratados na área da agricultura e e saúde. Este é um caminho, por exemplo, de como aumentar a fertilidade dos solos sem o uso de fertilizantes prejudiciais ao meio-ambiente.

Como se pode ver no vídeo, é como se um cientista pudesse ter um supercomputador personalizado para si.

A fabricante, ao criar este estado da matéria, criou aquilo que são conhecidos como qubits topológicos. São qubits mais pequenos, rápidos e estáveis, além de poderem caber em 1/100 de milímetro. A Microsoft diz que estes qubits são fiáveis desde a sua conceção, com incorporação de resistência a erros desde o hardware, além de serem controlados digitalmente.

Como refere um dos investigadores da Microsoft, Chetan Nayak, a equipa propôs-se a "inventar o transístor para a era quântica". E quais eram as propriedades necessárias? Esse foi o começo do projeto que é agora apresentado ao mundo. Todos os computadores atuais a operarem em conjunto não conseguem fazer aquilo que um computador quântico de 1 milhão de qubits consegue fazer. 

O investigador afirma que seja o que estivermos a fazer no espaço quântico é necessário ter um caminho para um milhão de qubits, caso contrário vai atingir uma parede antes de conseguir escalar ao ponto de resolver um problema realmente importante. O novo chip foi desenvolvido na combinação do semicondutor arseneto de índio e alumínio, que a Microsoft diz que desenhou e fabricou átomo a átomo. O objetivo foi criar novas partículas quânticas chamadas Majoranas, utilizando as suas propriedades únicas para alcançar um novo horizonte de computação quântica.

Conheça o novo chip Majorana 1:

A empresa colocou oito topocondutores qubits num chip desenhado para escalar até um milhão. O objetivo da Microsoft era criar um computador quântico com impacto comercial. 

A proposta da Microsoft já estava em avaliação pela DARPA, juntamente com a da PsiQuantum para validar o conceito. A tecnologia está sob escrutínio desde o início de 2023, para perceber se a abordagem permite construir um computador quântico de escala utilitária. Segundo a divisão do governo dos Estados Unidos, as duas empresas já passaram por rigorosos e profundas análises e testes técnicos. Os designs finais para a escala utilitária estão a ser avaliados e testados, para compreender a performance das capacidades de protótipos maiores.

Além de fabricar o novo hardware quântico, a Microsoft fez uma parceria com a Quantinuum e a Atom Computing para criar 12 qubits lógicos e fazer uma simulação química end-to-end, através do sistema de visualização de qubit do Azure Quantum. Este tipo de máquinas permite prometem oportunidades importantes para desenvolver a experiência quântica, a construção de aplicações híbridas e conduzir a novas descobertas, em particular como a IA é combinada com os novos sistemas quânticas.

Em última instância, um cientista pode, através das ferramentas de IA e a computação quântica, descrever o tipo de novo material ou molécula deseja conceber numa linguagem corrente e obter uma resposta que funciona de imediato, sem tentar adivinhar ou perder anos a superar tentativas-erro.

No estudo partilhado na Nature, a Microsoft explica que criou partículas Majorana que ajudam a proteger a informação quântica de perturbações aleatórias, mas ao mesmo tempo capaz de medir a informação utilizando micro-ondas. Ainda assim, as Majoranas escondem informação quântica, tornando-as mais robustas, mas também mais difíceis de medir. Por isso, a abordagem da equipa da Microsoft é referida como tão precisa, que consegue detetar a diferença entre mil milhões de eletrões de mil milhões e um eletrões. 

Talvez mais importante é que com o chip Majorana 1, a Microsoft encontrou o ponto ideal de não ser demasiado pequeno que seja difícil de usar linhas de controlo ou grande demais que requer uma máquina enorme. De outra forma, seria necessário construir um computador com o tamanho um hangar de aviões ou um campo de futebol, diz o investigador da Microsoft.

Pode saber mais sobre o novo chip quântico da Microsoft no seu website oficial.

Nota de redação: notícia atualizada com mais informação, imagens e vídeos do novo chip quântico. Última atualização 17:07.