Um chip inspirado no funcionamento do cérebro humano pode ajudar a superar um dos maiores desafios da computação quântica. Pesquisadores da Universidade de Hong Kong desenvolveram um dispositivo capaz de operar em temperaturas próximas ao zero absoluto, reproduzindo o comportamento de neurônios biológicos com consumo mínimo de energia.

O avanço foi publicado na revista Nature Communications e pode abrir caminho para computadores quânticos mais eficientes, além de aplicações futuras em missões espaciais de longa duração.

Como funciona o novo chip

O dispositivo foi desenvolvido a partir de um transistor de carbeto de silício (SiC), um componente já amplamente utilizado pela indústria eletrônica. A diferença está na forma como os pesquisadores exploraram as propriedades do material em temperaturas extremamente baixas.

A equipe conseguiu fazer com que um único transistor reproduzisse o comportamento de um neurônio biológico, gerando impulsos elétricos semelhantes aos sinais usados pelo cérebro para processar informações.

Segundo os pesquisadores, o sistema continua funcionando em temperaturas de apenas 10 milikelvin, valor extremamente próximo do zero absoluto, equivalente a cerca de -273,14°C.

O desafio da computação quântica

Os computadores quânticos utilizam qubits, unidades de informação extremamente sensíveis que precisam permanecer em ambientes ultrafrios para funcionar corretamente.

Atualmente, boa parte da eletrônica responsável por controlar esses sistemas precisa ficar distante dos qubits porque gera calor excessivo. Isso exige grandes quantidades de cabos e aumenta a complexidade da infraestrutura.

Os autores afirmam que a nova tecnologia pode reduzir esse problema ao oferecer circuitos muito mais eficientes em termos energéticos.

De acordo com o professor Yuhao Zhang, líder do estudo, a plataforma foi projetada para funcionar próxima aos processadores quânticos, diminuindo a carga térmica e facilitando a expansão desses sistemas.

Material revelou comportamento inesperado

Durante os experimentos, os pesquisadores observaram que transistores de carbeto de silício apresentam um comportamento conhecido como resistência diferencial negativa quando resfriados abaixo de 2 Kelvin. Esse efeito permite criar circuitos capazes de reproduzir o funcionamento de neurônios artificiais consumindo pouca energia.

Segundo a equipe, o mecanismo não depende do aquecimento interno do dispositivo, o que o torna mais estável e fácil de reproduzir em escala industrial.

Outro ponto considerado importante é que o carbeto de silício já é utilizado em larga escala em setores como veículos elétricos e sistemas de energia, o que pode facilitar a fabricação futura dos chips.

Aplicações vão além da computação quântica

Os pesquisadores também demonstraram que esses neurônios artificiais podem ser conectados em redes maiores, abrindo caminho para sistemas capazes de processar informações diretamente em ambientes criogênicos.

Além da computação quântica, a tecnologia pode ser usada em tarefas como correção de erros quânticos e controle em tempo real de processadores avançados.

As aplicações potenciais também incluem missões espaciais de longa duração. Como o chip foi projetado para operar em temperaturas extremamente baixas, a tecnologia poderia funcionar em ambientes hostis encontrados na Lua ou em regiões mais distantes do Sistema Solar.

Embora a tecnologia ainda esteja em estágio de pesquisa, os resultados mostram uma nova abordagem para aproximar hardware inspirado no cérebro de sistemas quânticos. Segundo os autores, a combinação entre computação neuromórfica e eletrônica criogênica pode abrir caminho para computadores quânticos mais eficientes, escaláveis e capazes de operar com menor consumo de energia.