Pesquisadores da Universidade Cornell desenvolveram um método que utiliza gás krypton para reduzir pela metade a temperatura necessária na fabricação de chips supercondutores usados em computação quântica. O estudo, publicado na revista Nature Materials, mostra que a substituição de argônio por krypton durante o processo de sputtering magnetrão permite depositionar filmes de tântalo em silício a apenas 200 °C, em vez dos mais de 400 °C exigidos até então. A descoberta pode acelerar a produção em escala comercial de processadores quânticos, que hoje enfrentam um dos maiores gargalos de fabricação da indústria.
Por que o tântalo é importante para a computação quântica
O tântalo é um metal resistente à corrosão que tem se mostrado o material ideal para a fabricação de qubits supercondutores, os blocos de construção dos computadores quânticos. Segundo os pesquisadores, resonadores de micro-ondas e qubits baseados em filmes finos de tântalo já demonstraram aumentos significativos de desempenho em comparação com outros materiais. Isso torna o tântalo um candidato atrativo para a computação quântica supercondutora, que promete processar cálculos complexos muito mais rápido que os computadores clássicos, conforme apontam estudos anteriores como o de computador quântico da IBM que resolve em 15 minutos problemas que métodos clássicos não conseguem calcular.
O problema da temperatura de fabricação
Até agora, a deposição direta de tântalo sobre silício exigia temperaturas superiores a 400 °C para atingir a fase cúbica centrada no corpo (alfa-Ta), a estrutura cristalina necessária para a supercondutividade. Essa exigência térmica é incompatível com os padrões de fabricação Back-End-of-Line (BEOL), que limitam o processamento térmico a temperaturas inferiores a 400 °C. Esse obstáculo impedia a integração do tântalo em linhas de fabricação semicondutoras convencionais, limitando a escalabilidade dos dispositivos quânticos.
Como o gás krypton resolve o problema
A equipe liderada pelo professor assistente Valla Fatemi descobriu que o gás krypton, ao substituir o argônio no processo de sputtering, promove a síntese de filmes de tântalo na fase alfa em temperaturas tão baixas quanto 200 °C. Segundo o estudo, os filmes obtidos com krypton apresentam condutividade eletrônica substantialmente superior em comparação com os produzidos a altas temperaturas com argônio. O método é compatível com os processos de fabricação em linhas semicondutoras existentes, o que significa que as fábricas atuais poderiam adotar a técnica sem grandes reformulações.
Impacto para a indústria de computação quântica
A descoberta tem implicações diretas para a escalabilidade dos computadores quânticos. Um dos maiores desafios da indústria é produzir qubits de alta qualidade em massa, mantendo o desempenho necessário para cálculos quânticos complexos. Com a redução da temperatura de fabricação pela metade, o processo se torna compatível com as linhas de produção de chips existentes, abrindo caminho para a fabricação em escala de processadores quânticos. Esse avanço complementa outros desenvolvimentos recentes no campo, como o programa espacial da China que busca dominar tecnologias de ponta em computação e comunicação quântica.
O que vem a seguir
Os pesquisadores de Cornell planejam otimizar ainda mais o processo de sputtering com krypton e explorar a aplicação da técnica em outros materiais supercondutores. O estudo publicado na Nature Materials representa um passo concreto em direção à fabricação viável de chips quânticos em escala industrial, um objetivo que empresas como IBM, Google e diversas startups perseguem há anos. Enquanto a computação quântica ainda está em fase de desenvolvimento, avanços como aqueles que revelam movimento quântico oculto dentro de cristais exóticos mostram que os obstáculos estão sendo progressivamente superados.