Cabo Criogênico Flexível Soluciona Desafios no Desenvolvimento de Sistemas Quânticos

O Futuro dos Computadores Quânticos

Ao aproveitar as propriedades únicas da mecânica quântica, cientistas e engenheiros em todo o mundo estão em busca de sistemas com capacidades extraordinárias. Um dos focos principais é o desenvolvimento de computadores quânticos, capazes de realizar cálculos complexos a velocidades sem precedentes. Esses dispositivos poderiam atender à crescente demanda computacional tanto na pesquisa científica quanto em indústrias que lidam com grandes volumes de dados, como finanças, cibersegurança e medicina.

A Importância de Ambientes Criogênicos

Para o desenvolvimento de sistemas quânticos, é necessário um ambiente que estabilize a natureza frágil dos bits quânticos (qubits) e diminua o ruído térmico (flutuações de corrente/voltagem) inerente à eletrônica supercondutora. Essa condição requer temperaturas criogênicas, que variam de 5 a 10 milikelvins, mais frias do que as temperaturas extremas encontradas no espaço. Refrigeradores de diluição são responsáveis por criar essas condições criogênicas necessárias.

Inovações no Sistema de Viação Criogênica

Refrigeradores de diluição utilizados para P&D quântica necessitam de um sistema de fiação que opere em temperaturas criogênicas, mantenha uma corrente contínua eficiente em termos de energia e suporte alta velocidade de transmissão de dados. Pesquisadores do MIT Lincoln Laboratory projetaram cabos flexíveis em formato de fita, que não apenas atendem a essas exigências, mas também são compatíveis com processos de fabricação de placas de circuito comercial.

A Maybell Quantum, uma empresa com sede no Colorado que fornece hardware para o desenvolvimento de sistemas quânticos, licenciou o design desses cabos e está adaptando-os para uso em seus refrigeradores de diluição.

Integração e Escalabilidade

"Estamos planejando integrar o Maybell LF CryoTrace, o sistema de fiação em fita transferido do MIT Lincoln Laboratory, em todas as etapas térmicas de nossos refrigeradores de diluição. Inicialmente, os cabos serão usados para serviços LF, como termometria, aquecedores e sensores, com estudos de viabilidade planejados para funções adicionais," afirma Lasse Nielsen, responsável pela estratégia e operações da Maybell Quantum.

O time do Lincoln Laboratory explorou alternativas aos cabos coaxiais convencionais para uso em hardware como os refrigeradores de diluição. Os cabos coaxiais produzem grandes cargas térmicas para o hardware criogênico lidar, e à medida que o número de qubits em computadores quânticos aumenta, também cresce o número de cabos coaxiais na infraestrutura, dificultando a inserção de conjuntos de cabos rígidos e volumosos.

Benefícios dos Cabos em Formato de Fita

A equipe selecionou uma configuração de cabo stripline com camadas condutoras posicionadas entre camadas de polímero flexível que protegem contra interferência eletromagnética (também conhecida como crosstalk). Os striplines oferecem consistência em diferentes frequências e mínima perda de sinal. Os novos cabos foram projetados para acomodar grandes números de transmissões simultâneas de sinal, suportar operação de corrente contínua sem aquecer o ambiente criogênico e, notavelmente, fornecer integração mais fácil ao hardware do que é alcançado com cabos coaxiais frágeis.

"A principal inovação é que os cabos do laboratório podem ser fabricados por um fabricante tradicional de placas de circuito impresso. Eles são mais baratos de fabricar e mais fáceis de instalar do que cabos coaxiais tradicionais," afirma John Cummings, principal investigador do projeto de cabos flexíveis do grupo de Computação Habilitada por Quântica do Lincoln Laboratory.

A Revolução na Fabricação Quântica

Citando a facilidade de instalação e durabilidade como dois fatores que tornam esses cabos atraentes, a Maybell Quantum afirma que o formato em fita é mecanicamente robusto, reduzindo quebras relacionadas ao manuseio comuns com coaxiais finos e melhorando a repetibilidade na produção. Os cabos flexíveis permitem que tarefas de montagem que levariam dias para serem concluídas sejam realizadas em poucas horas.

"Ao longo do tempo, acreditamos que a fiação interna ribbonizada, específica para quântica, pode transformar as normas de fabricação: construções mais rápidas e consistentes, serviços de campo mais simples e atualizações mais modulares," diz Nielsen.

A Maybell Quantum está se preparando para apoiar a transição da computação quântica de uma capacidade baseada em laboratório para uma viável comercialmente. A enorme lacuna entre o atual ambiente altamente especializado de laboratório quântico e a infraestrutura robusta necessária para a futura computação quântica industrial reside no hardware que promove o desenvolvimento de chips funcionais.

O Caminho Futuro

A missão da Maybell é desenvolver ferramentas confiáveis que desenvolvedores comerciais de computadores quânticos possam utilizar com facilidade e sem os altos custos e treinamento especializado associados ao equipamento nos laboratórios quânticos de hoje. Os cabos flexíveis e o contínuo P&D da Maybell em suas capacidades e integração em várias ferramentas promoverão uma infraestrutura futura que poderia permitir que a indústria escalasse a fabricação de computadores quânticos a um nível em que essas máquinas poderosas poderiam ser utilizadas de forma econômica em inúmeras empresas.

"Se você quiser escalar para centenas de chips, precisa de interconexões que possam lidar com mais sinais de forma mais confiável. É por isso que os cabos do Lincoln Laboratory são tão empolgantes para nós - eles possibilitam uma verdadeira escalabilidade," diz Kyle Thompson, fundador e CTO da Maybell Quantum. "Acreditamos que essa tecnologia melhorará substancialmente nossos sistemas e fortalecerá o ecossistema quântico americano mais amplo, movendo a inovação financiada pelo governo para a manufatura americana."