Uma equipe liderada pela Universidade de Minnesota Twin Cities desenvolveu um novo diodo supercondutor, um componente-chave em dispositivos eletrônicos, que pode ajudar a aumentar a escala de computadores quânticos para uso industrial e melhorar o desempenho de sistemas de inteligência artificial. O trabalho foi publicado na revista Nature Communications.
O diodo supercondutor é mais eficiente em termos de energia, pode processar vários sinais elétricos ao mesmo tempo e contém uma série de portas para controlar o fluxo de energia, uma característica que nunca havia sido integrada em um diodo supercondutor antes.
Um diodo permite que a corrente flua em um sentido, mas não no outro, em um circuito elétrico. É essencialmente metade de um transistor, o principal elemento nos chips de computador. Os diodos são normalmente feitos com semicondutores, mas os pesquisadores estão interessados em fazê-los com supercondutores, que têm a capacidade de transferir energia sem perder nenhuma potência ao longo do caminho.
“Queremos tornar os computadores mais poderosos, mas há alguns limites difíceis que vamos atingir em breve com nossos materiais e métodos de fabricação atuais”, disse Vlad Pribiag, autor sênior do artigo e professor associado da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota. “Precisamos de novas maneiras de desenvolver computadores, e um dos maiores desafios para aumentar o poder de computação no momento é que eles dissipam tanta energia. Então, estamos pensando em maneiras que as tecnologias supercondutoras possam ajudar com isso.”
Os pesquisadores da Universidade de Minnesota criaram o dispositivo usando três junções Josephson, que são feitas colocando pedaços de material não supercondutor entre supercondutores. Neste caso, os pesquisadores conectaram os supercondutores com camadas de semicondutores. O design exclusivo do dispositivo permite que os pesquisadores usem tensão para controlar o comportamento do dispositivo. Seu dispositivo também tem a capacidade de processar várias entradas de sinal, enquanto os diodos típicos só podem lidar com uma entrada e uma saída. Esta característica poderia ter aplicações na computação neuromórfica, um método de engenharia de circuitos elétricos para imitar a forma como os neurônios funcionam no cérebro para melhorar o desempenho dos sistemas de inteligência artificial.
“O dispositivo que fizemos tem uma eficiência energética próxima à mais alta que já foi mostrada, e pela primeira vez, mostramos que você pode adicionar portas e aplicar campos elétricos para ajustar esse efeito”, explicou Mohit Gupta, primeiro autor do artigo e estudante de doutorado na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota.
Os pesquisadores esperam que seu dispositivo possa contribuir para o avanço da computação quântica, uma tecnologia emergente que usa os princípios da mecânica quântica para realizar cálculos muito mais rápidos e complexos do que os computadores convencionais. Os diodos supercondutores podem servir como junções controláveis entre os componentes-chave dos computadores quânticos conhecidos como qubits, que também minimizam as interações perturbadoras entre os qubits.
O estudo foi financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), pela Fundação Nacional da Ciência (NSF) e pela Iniciativa MnDRIVE da Universidade de Minnesota.
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