Arquiteturas Modulares e Redes Quânticas: Um estudo da atualidade por meio de revisão bibliográfica
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v14i12.50156Palavras-chave:
Computação quântica, Hardware, Arquitetura computacional, Qubits.Resumo
As limitações físicas e de engenharia dos dispositivos quânticos atuais impulsionam o desenvolvimento de arquiteturas modulares e redes quânticas para viabilizar computadores quânticos em grande escala. Este artigo tem o objetivo de apresentar uma revisão bibliográfica sobre arquiteturas modulares em computação quântica. No estudo se busca-se apresentar e discutir as principais plataformas de hardware - incluindo qubits supercondutores, íons aprisionados, átomos neutros e qubits fotônicos - e analisando como módulos quânticos podem ser interconectados os métodos de entrelaçamento distribuído, repetidores quânticos e teleporte de portas lógicas, bem como modelos de custo e latência para operações quânticas distribuídas. Aspectos de escalabilidade e desafios práticos de implementação física são examinados à luz de propostas e estudos de caso de arquiteturas modulares reais, como as abordagens da IonQ e Honeywell (Quantinuum) com íons aprisionados e da Xanadu com fotônica. Por fim, comparamos as abordagens de diferentes plataformas e discutimos caminhos para superar obstáculos técnicos rumo a computadores quânticos modularmente escaláveis e tolerantes a falhas.
Referências
Awschalom, D. et al. (2021). Quantum interconnects for the long-distance quantum internet. PRX Quantum. 2, 017002.
Brown, K. R., Kim, J. & Monroe, C. (2016). Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions. NPJ Quantum Information. 2, 16034.
Bushman, J. (2025). Parallel atom-photon entanglement paves way for future quantum networking. The Grainger College of Engineering (University of Illinois Urbana-Champaign). https://grainger.illinois.edu/news/stories/77824.
Cantori, S., Pfaffhauser, M., Bäumer, E., Scafirimuto, F. & Davis, R. (2025). Using dynamic circuits to efficiently implement quantum states with long-range entanglement. IBM Quantum Computing Blog. https://www.ibm.com/quantum/blog/long-range-entanglement.
Chen, Y. et al. (2021). (Google Quantum AI). Exponential suppression of bit or phase errors with cyclic error correction. Nature. 595, 383–7.
Covey, J. P., Weinfurter, H. & Bernien, H. (2023). Quantum networks with neutral atom processing nodes. NPJ Quantum Information. 9(90).
Gold, A. et al. (2021). Entanglement across separate silicon dies in a modular superconducting qubit device. NPJ Quantum Information. 7(1), 142.
Hucul, D. et al. (2015). Modular entanglement of atomic qubits using both photons and phonons. Nature Physics. 11, 37‑42
Krutyanskiy, V. et al. (2023). Entanglement of trapped-ion qubits separated by 230 meters. Phys. Rev. Lett. 130, 050803.
Li, X‑G. et al. (2025). Direct evidence for cosmic‑ray‑induced correlated errors in superconducting qubit array. Nature Communications. 16, 4677.
Madsen, L. S. et al. (2022). Quantum computational advantage with a programmable photonic processor. Nature. 606(7912), 75-81.
Matsukevich, D. N. et al. (2006). Distribution of entanglement using photons and phonons in a crystal network. Science. 311, 1008-12.
Monroe, C. et al. (2014). Large-scale modular quantum-computer architecture with atomic memory and photonic interconnects. Phys. Rev. A. 89, 022317.
Monroe, C. (2014). Modular Entanglement of Atoms. Quantum Computing with Trapped Ions.
https://iontrap.duke.edu/2014/11/17/modular-entanglement-of-atoms/.
Nickerson, N. H., Fitzsimons, J. F. & Benjamin, S. C. (2014). Freely scalable quantum technologies using cells of 5-to-50 qubits with very lossy and noisy photonic links. Phys. Rev. X. 4, 041041.
Niu, J. et al. (2023). Low-loss interconnects for modular superconducting quantum processors. Nature Electronics. 6(3), 235-41.
Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J. & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da Pesquisa Científica. Santa Maria: Editora da UFSM
Pino, J. M. et al. (2021). Demonstration of the trapped-ion quantum CCD computer architecture. Nature. 592, 209–13.
Snyder, H. (2019). Literature review as a research methodology: An overview and guidelines. Journal of Business Research. 104, 333–9.
Rother, E. T. (2007). Revisão sistemática versus revisão narrativa. Acta Paulista de Enfermagem, São Paulo. 20(2), v–vi.
Sunami, S. et al. (2025). Scalable networking of neutral-atom qubits: Nanofiber-based approach for multiprocessor fault-tolerant quantum computers. PRX Quantum. 6, 010101.
Xanadu (C. Weedbrook). (2025). Press Release: Xanadu announces Aurora, a universal photonic quantum computer with a modular architecture. The Quantum Insider.
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