A Solução: Árgon Fora, Crípton Dentro
Investigadores do Fatemi Lab, na Cornell University, descobriram que trocar o gás de pulverização catódica usado para depositar filmes de tântalo, do árgon para a crípton, permite alcançar a mesma estrutura cristalina a cerca de metade da temperatura. O estudo, liderado pelo investigador de pós-doutoramento Maciej Olszewski sob a direção do investigador principal Valla Fatemi, foi publicado na Nature Materials em agosto de 2026 e está também disponível como pré-publicação no arXiv.
O tântalo tornou-se um dos materiais mais atrativos para qubits supercondutores porque perde muito pouca energia por resistência às micro-ondas, o que se traduz diretamente em qubits que mantêm o seu estado quântico durante mais tempo. O problema foi sempre como construí-lo. Levar o tântalo até à estrutura cristalina cúbica de corpo centrado, estável e conhecida como fase alfa, que lhe confere essas propriedades, exigia até agora pulverização por magnetrão a temperaturas de substrato superiores a 400 graus Celsius. As linhas de fabrico de uma fábrica de semicondutores normal limitam as suas temperaturas de processo a cerca de 200 a 250 graus Celsius, para não danificar os transístores, a cablagem e outras estruturas já presentes no chip. Os qubits de tântalo, por outras palavras, precisavam de um forno capaz de destruir o resto do chip à sua volta.
Um Problema De Fabrico Escondido Dentro De Uma História De Física
A maior parte da cobertura pública sobre os progressos na computação quântica trata o estrangulamento como um problema de física: mais qubits, taxas de erro mais baixas, tempos de coerência mais longos. O resultado de Cornell aponta para uma limitação completamente diferente, situada entre uma demonstração física funcional e um produto fabricável.
Um material pode ter excelentes propriedades físicas e continuar comercialmente inútil se o construir danificar tudo o resto no chip. É exatamente isso que uma temperatura de processo de 400 graus Celsius faz dentro de uma fábrica de semicondutores moderna: ultrapassa o orçamento térmico dos transístores, das interligações e dos circuitos de controlo de que um chip de qubits precisa à sua volta para funcionar como dispositivo, e não apenas como curiosidade de laboratório. Trocar o gás de processo do árgon para a crípton não altera a física do tântalo. Altera a forma como essa mesma estrutura cristalina de fase alfa se forma na superfície, permitindo-lhe estabilizar a uma temperatura mais baixa. Este tipo de solução de engenharia de materiais raramente gera uma manchete espalhafatosa, porque não anuncia um novo recorde. Elimina uma parede que se erguia entre um resultado de laboratório e uma linha de fabrico, o que é mais útil de saber quando a questão é quando é que o hardware quântico se torna algo que uma empresa consegue realmente encomendar e receber.
Antes E Depois, Em Números
A comparação torna-se clara assim que os dois processos são colocados lado a lado. Os filmes crescidos a 250 e 350 graus Celsius com o processo de crípton mostraram uma distribuição de desempenho estreita e ao nível do estado da arte, enquanto os filmes crescidos a temperaturas mais altas mostraram mais perdas, correlacionadas com uma mistura indesejada entre o tântalo e o substrato de silício subjacente.
| Medida | Processo com árgon | Processo com crípton |
|---|---|---|
| Gás de processo | Árgon | Crípton |
| Temperatura necessária para o tântalo em fase alfa | Acima de 400C | A partir de 200C |
| Compatível com linhas de fabrico normais (limite 200-250C) | Não | Sim |
Os qubits transmon construídos com os filmes pulverizados com crípton, usando um espaço de condensador compacto de 20 micrómetros, atingiram fatores de qualidade internos até 16,9 milhões, com uma mediana de 14 milhões nas temperaturas de crescimento com melhor desempenho. O fator de qualidade mede quantas oscilações o sinal de micro-ondas de um qubit sobrevive antes de perder a sua informação quântica, pelo que um número mais alto significa um qubit mais duradouro e mais utilizável.
Quem Fez O Trabalho, E Quem O Pagou
O estudo, assinado por doze autores, foi liderado por Maciej Olszewski, investigador de pós-doutoramento, sob a direção de Valla Fatemi, professor assistente na School of Applied and Engineering Physics de Cornell e Aref and Manon Lahham Faculty Fellow. Entre os coautores estão o cientista de materiais de Cornell David Muller, juntamente com Lingda Kong, Simon Reinhardt, Daniel Tong, Xinyi Du, Gabriele Di Gianluca, Haoran Lu, Saswata Roy, Luojia Zhang e Aleksandra Biedron.
O financiamento veio do Microelectronics Commons Program do Departamento de Guerra dos Estados Unidos, do Air Force Office of Scientific Research e da Cornell NanoScale Science and Technology Facility, que conta com apoio da National Science Foundation. Fatemi descreveu a mudança como deliberadamente pouco vistosa: "Encontrámos uma alteração relativamente simples para trazer essa temperatura para uma zona que é transponível para sistemas de nanofabrico na indústria."
O Sinal Que Os Operadores Da UE E Do Reino Unido Devem Acompanhar
Os prazos da computação quântica são normalmente discutidos através de demonstrações do número de qubits ou de marcos de correção de erros, ambos resultados de física que podem ocorrer inteiramente dentro de um laboratório de investigação. Resultados de compatibilidade de fabrico como este medem algo diferente: se um dispositivo consegue realmente ser construído em volume com o equipamento que uma fábrica de semicondutores real já possui.
Essa distinção é diretamente relevante para a estratégia de semicondutores da UE e do Reino Unido ao abrigo do Chips Act, construída à volta da expansão da capacidade de fabrico nacional, e não do financiamento de mais artigos de física. Um material para qubits que exija um processo a 400 graus não é candidato a uma integração de curto prazo em nenhuma linha de fabrico europeia existente, por muito boa que a sua física pareça no papel. Um material para qubits que caiba num orçamento térmico de 200 graus, é. Para um operador ou investidor a tentar avaliar quando é que o hardware quântico passa de uma demonstração de laboratório para algo encomendável, o marco a acompanhar é este tipo de resultado de compatibilidade de processo, não o próximo comunicado de imprensa sobre o número de qubits.
Servola Journal
Fazemos isto por todos os que tentam acompanhar o que a tecnologia está a fazer às nossas vidas. As pessoas que a constroem, e as pessoas a quem ela acontece. O Servola Journal existe para que aquilo que aprendemos pertença a todos eles.
Ninguém nos paga por isto. Sem anúncios, sem barreira de pagamento, gratuito para todos. Acreditamos simplesmente que compreender o que está a acontecer a todos nós não deveria depender de quem tem posses para pagar por isso.
Se isto lhe deu alguma coisa hoje, diga-nos para continuarmos. Siga-nos, deixe um gosto, ou escreva um comentário positivo. Lemos todos e cada um deles, e são eles que nos fazem continuar.
Leia a seguir: Tim Cook Já Tinha Explicado Porque O Seu Mac Custa Mais | Os chips Nvidia H200 estão agora a chegar à China
