Pesquisadores das universidades de Boston, UC Berkeley e Northwestern anunciaram um avanço que pode aproximar a computação quântica da escala industrial: a criação de um sistema integrado de geração de luz quântica dentro de um chip de apenas 1 mm², fabricado com a mesma tecnologia usada em processadores tradicionais.
O trabalho, publicado na renomada revista científica Nature Electronics, mostra que é possível unir fotônica, eletrônica e hardware quântico em um único chip de Silício, usando um processo de fabricação já difundido na indústria.
O projeto se apoia na tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) de 45 nanômetros, a mesma empregada há anos na produção de CPUs e GPUs. Isso significa que, pela primeira vez, um sistema quântico funcional foi desenvolvido sem depender de ambientes laboratoriais complexos ou métodos experimentais exclusivos, o que abre caminho para aplicações comerciais e larga produção.
Como funciona a “usina” de luz quântica
No centro do chip estão 12 microrressonadores de Silício, pequenas estruturas em forma de anel capazes de gerar pares de fótons com propriedades quânticas, também conhecidos como fótons entrelaçados. Esses fótons são a base de diversas aplicações em comunicações quânticas, sensores avançados e, futuramente, processadores quânticos.
A geração desses pares não é novidade, mas o diferencial está na forma como o chip mantém essas estruturas funcionando de forma estável. Microrressonadores são extremamente sensíveis a variações de temperatura ou imperfeições de fabricação.
Para lidar com isso, os engenheiros criaram um sistema de controle integrado com fotodiodos e aquecedores em escala microscópica, que monitoram e ajustam o funcionamento de cada anel em tempo real.
Isso é um pequeno passo, mas muito importante. Mostra que conseguimos construir sistemas quânticos repetíveis e controláveis em fábricas convencionais de semicondutores
Miloš Popović, professor associado da Universidade de Boston
Um chip que se autoajusta
O sistema de autocorreção embutido é um dos pontos mais relevantes do projeto. Em vez de depender de ajustes manuais ou equipamentos externos (como acontece nos experimentos tradicionais com luz quântica), o próprio chip consegue manter o equilíbrio necessário para gerar e manter o entrelaçamento dos fótons.
Tal nível de miniaturização e automação é vital para que tecnologias quânticas saiam do laboratório e se tornem parte da infraestrutura computacional do dia a dia.
E, ao usar um processo padrão e bem estabelecido como o CMOS, o projeto evita os altos custos e desafios de escalar tecnologias criadas sob medida.
Comparativo: chip quântico em CMOS vs. métodos tradicionais
| Característica | Chip CMOS 1 mm² (2025) | Sistemas laboratoriais tradicionais |
|---|---|---|
| Tamanho | 1 mm² | Equipamentos de mesa, com múltiplos módulos |
| Tecnologia de fabricação | CMOS 45 nm (processo padrão da indústria de semicondutores) | Customizada, fora do padrão industrial |
| Fonte de fótons | Microrressonadores integrados em silício | Lasers externos e cristais ópticos |
| Estabilização do sistema | Autônoma, via feedback térmico embutido | Manual, com instrumentos externos de controle |
| Escalabilidade | Alta, compatível com produção em massa | Baixa, difícil de replicar em escala |
| Custo de produção | Reduzido, usa infraestrutura já existente | Alto, requer equipamentos especializados |
| Objetivo principal | Produzir luz quântica estável para computação e comunicações | Pesquisa e testes controlados |
| Integração com IA e HPC | Potencial de integração com redes ópticas e interconexões AI | Limitada, sem foco em aplicação híbrida |
Conexões com o mundo da IA
A escolha pelos microrressonadores não foi aleatória. Eles já são considerados peças-chave para o avanço de sistemas de interconexão óptica em data centers e hardware de inteligência artificial. Empresas como a Ayar Labs, que colaborou na produção do chip junto com a GlobalFoundries, estão na linha de frente dessa convergência entre fotônica e computação.
Jensen Huang, CEO da NVIDIA, citou recentemente os microrressonadores como componentes estratégicos para o futuro da IA, principalmente na redução dos gargalos de comunicação entre chips.
Agora, o mesmo tipo de estrutura começa a aparecer como solução para sistemas quânticos escaláveis, criando uma possível interseção entre duas das frentes tecnológicas mais promissoras da atualidade.
A integração quântica vem aí
A expressão “fábrica de luz quântica” usada pelos pesquisadores não é exagerada. Assim como processadores clássicos manipulam elétrons e redes ópticas lidam com feixes de luz, a computação quântica precisa de fontes confiáveis de fótons entrelaçados para funcionar. A novidade aqui é que essas fontes agora podem ser integradas ao silício, sem equipamentos adicionais.
Além disso, o chip foi desenvolvido com apoio do programa FuSe da National Science Foundation, da Packard Fellowship e da Catalyst Foundation, reforçando o peso institucional e interdisciplinar da pesquisa.
Da universidade para o mercado
Alguns dos autores do projeto já atuam em empresas como PsiQuantum, Ayar Labs e Google X, que têm investido no desenvolvimento de soluções quânticas e fotônicas. A transição do meio acadêmico para a indústria reforça que o setor privado está atento aos desdobramentos desse tipo de inovação, mesmo que o mercado ainda esteja longe de produtos comerciais de grande escala.
A combinação entre baixo custo de produção, compatibilidade industrial e estabilidade autônoma faz deste chip uma peça simbólica. E talvez histórica. Se o microprocessador Intel 4004 marcou o início da era dos computadores pessoais, essa pequena estrutura de silício pode ser lembrada como o embrião da computação quântica em massa.
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O que o usuário comum pode esperar dessa tecnologia?
Embora ainda distante do uso doméstico, a integração de sistemas quânticos em chips de Silício marca o início de uma transformação que pode, no médio prazo, afetar diretamente a vida do usuário comum.
A tecnologia desenvolvida pela equipe não entrega um computador quântico funcional pronto para rodar jogos ou abrir planilhas, mas oferece a base para que isso, um dia, seja possível.
Assim como os primeiros transistores não pareciam prometer smartphones, e o Intel 4004 não previa a era da inteligência artificial, esses microrressonadores quânticos integrados podem se tornar os “blocos de LEGO” da próxima geração de hardware.
Entre as aplicações mais promissoras:
- Segurança de dados com criptografia quântica, tornando sistemas praticamente invioláveis por métodos convencionais.
- Integração com inteligência artificial, acelerando processamento e comunicação entre sistemas.
- Sensores médicos e ambientais ultrassensíveis, capazes de detectar alterações mínimas em organismos ou ambientes.
- Redes de telecomunicação com fotônica integrada, oferecendo velocidades de transmissão muito superiores às atuais.
Na prática, isso significa que o usuário poderá, no futuro, navegar em redes mais seguras, usar assistentes virtuais mais inteligentes e contar com diagnósticos médicos mais precisos, tudo impulsionado por sistemas quânticos que operam com a mesma eficiência dos chips que já estão nos nossos bolsos.
A transformação não será visível da noite para o dia, mas os primeiros tijolos estão sendo colocados agora. E eles já cabem em um chip de 1 mm².
Fonte: Nature Electronics e Boston University
