Responsável: Sebastian Yuri Cavalcanti Catunda – UFRN
Responsável: Sebastian Yuri Cavalcanti Catunda – UFRN
Responsável: José Alexandre Diniz (UNICAMP/FEEC)
Email: jadiniz@unicamp.br
Resumo: Tecnologias quânticas da informação são um novo e em rápido campo de desenvolvimento interdisciplinar, integrando as áreas de física, matemática, engenharia e computação, para utilizar as leis da física quântica para adquirir, transmitir e processar informação. É esperado que computadores quânticos funcionais sejam capazes de resolver problemas intratáveis por computadores clássicos em diversas áreas, como criptografia, ciência dos materiais, e medicina, afetando alguns dos maiores mercados do mundo, incluindo o de óleo e gás, comunicação, construção, computação, mobilidade elétrica, agricultura e energia.
Nos últimos anos, importantes resultados experimentais na manipulação de estados quânticos foram obtidos, resultando em uma variedade de sistemas físicos, como átomos, moléculas, fótons, spins de elétrons e núcleo, circuitos supercondutores e ressonadores mecânicos. Em particular, o desenvolvimento de qubits baseados em Junções Josephson, e circuitos supercondutores surgiu como uma das mais importantes arquiteturas escaláveis para o processamento quântico de informação. Estes avanços facilitaram o rápido desenvolvimento dos elementos necessários para o desenvolvimento de pequenos processadores quânticos e a implementação de códigos de correção de erro necessários para o processamento quântico. Isso demonstrou a importância do desenvolvimento de novos sistemas e dispositivos para a implementação de uma plataforma escalável de informação quântica, incluindo elementos para memória, interfaces de controle baseados em chips CMOS criogênicos para controle e manipulação de vários qubits [1].
O desenvolvimento de processadores quânticos baseado em junções supercondutoras no Brasil já está em andamento em alguns laboratórios de pesquisa do país. Estes chips operam dentro de refrigeradores criogênicos em temperaturas próximo do zero absoluto, mas a eletrônica necessária para controle e leitura destes sistemas ainda não funciona nestas temperaturas, sendo montada longe do chip quântico, demonstrando a necessidade do desenvolvimento da microeletrônica criogênica para interagir com estes sistemas quânticos. Uma das soluções para controlar e medir os chips quânticos é utilizar um chip semicondutor clássico próximo. Um dos objetivos deste projete é iniciar o desenvolvimento de chips semicondutores para operação em temperaturas criogênicas com baixo consumo dissipação e alto controle de sinal para sistemas quânticos.
Para resolver este problema, um dos principais desafios para integrar estas tecnologias será a operação de CMOS a temperaturas de mili-Kelvin – muito abaixo da temperatura de operação normal de dispositivos eletrônicos clássicos. Neste projeto vamos desenvolver, investigar e calibrar tecnologias CMOS em temperaturas criogênicas, considerando os comportamentos elétricos, térmicos e de ruído. Vamos estudar e desenvolver um novo conjunto de circuitos integrados utilizando a tecnologia CMOS para operar em ultra baixas temperaturas (CryoCMOS) e integrá-los em chips contendo sistemas quânticos (qubits e cavidades de medidas supercondutoras). Utilizando estas tecnologias, vamos abordar os desafios do design de dispositivos e circuitos para explorar formas de integrar dispositivos CMOS-clássicos em componentes para computação quântica. Estes estudos servirão de base para o design de CryoCMOS para controle e leitura e comunicação de forma compacta e escalável de tecnologias quânticas baseadas em circuitos supercondutores, algo inédito no país e de grande importância tecnológica para o futuro. O estado da arte em integração de qubits com circuitos de controle CMOS [2] para a obtenção de computadores quânticos [1] está apresentado nas referências 1 e 2. E esta proposta prevê a integração do qubit com os circuitos (Interposer e Superconducting Multi Chip Module) usando a tecnologia TSV (Trench Silicon Via).
A proposta é inédita e inovadora, e também abrange unidades de todas as regiões do Brasil, pois, serão usados os conhecimentos dos profissionais, as infraestruturas e as colaborações internacionais das seguintes universidades: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), em Campinas-SP, Centro Universitário da FEI, em São Bernardo do Campos-SP, e Universidade Federal Rural do Semiárido (UFERSA), em Mossoró-RN. A participação do Instituto Eldorado, através de seus profissionais e infraestrutura, também é de fundamental importância.
Referências
[1] R. B. Staszewskiet al., “Position-Based CMOS Charge Qubits for Scalable Quantum Processors at 4K,” 2020 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 2020, pp. 1-5, doi:10.1109/ISCAS45731.2020.9180789.
[2]Yost, D.R.W., Schwartz, M.E., Mallek, J. et al. Solid-state qubits integrated with superconducting through-silicon vias. npj Quantum Inf 6, 59 (2020). https://doi.org/10.1038/s41534-020-00289-8.
Responsável: Raimundo Carlos Silvério Freire (UFCG)
Email: freire@dee.ufcg.edu.br
Responsável: Gilson Inacio Wirth (UFRGS/DEE)
Email: gilson.wirth@ufrgs.br
Resumo: Nesta atividade buscamos:
i) o desenvolvimento de dispositivos e circuitos mais confiáveis, apesar da variabilidade e defeitos encontrados em tecnologias nanométricas e
ii) o desenvolvimento de circuitos que se aproveitam destes efeitos para outros fins, como PUFs (physically unclonable functions) e TRNGs (true random number generator), muito necessários para Indústria 4.0, IoT, 5G, IA e AeroEspacial.
CIs estudo de caso serão projetados e fabricados. Para prototipagem/fabricação podemos citar os projetos facilitadores para tape out da IEEE EDS, da IEEE SSCS e da IEEE CASS.
Responsável: Rodrigo Trevisoli Doria (FEI)
Email: rtdoria@fei.edu.br
Responsável: Cleonilson Protásio de Souza (UFPB)
Email: protasio@cear.ufpb.br
Responsável: Robson Nunes de Lima (UFBA)
Email: delima@ufba.br
Resumo: Num radiotransceptor, o amplificador de potência (PA) é o bloco responsável pela geração de potência necessária para transmitir informações ou energia para uma dada locação remota. E como tal, é um dos blocos em que o consumo energético tem efeito significativo na eficiência global desse radiotransceptor. Maximizar a eficiência dc-ac, é um dos principais objetivos e talvez aquele sobre o qual recaia grande parte do esforço dos projetistas de amplificadores de potência.
Com efeito, um amplificador de potência para um radiotransceptor móvel deve obedecer a diversas especificações, tanto àquelas relacionadas com a potência de saída, linearidade e eficiência, como às relacionadas com a sua banda de passagem. Essa banda diz respeito ao intervalo de frequência em torno do qual o amplificador provê a potência especificada para uma dada carga. Essa banda pode ser classificada como banda estreita ou larga.
No projeto de amplificadores de potência de banda estreita, as redes de adaptação de impedância tanto na entrada como na saída do transistor são projetadas assumindo-se que a frequência de operação é a frequência central da banda, e para tal as técnicas de projeto são bem estabelecidas. À medida que a largura de banda aumenta, maiores tornam-se as perdas de energia por reflexão e as técnicas convencionais de adaptação de impedância não mais satisfazem. Faz-se necessário, portanto, adotar outras estratégias.
Nosso trabalho de pesquisa consiste, pois, no desenvolvimento de técnicas de síntese de impedância para banda-larga e na concepção e implementação de amplificadores de potência de banda-larga aplicados a comunicações móveis ou a sistemas de radiofornecimento de energia para sensores.
Como ponto de partida, exploraremos uma técnica de síntese de impedância já desenvolvida pelo nosso grupo, a qual é baseada em redes multirressonantes, e permite gerar uma impedância específica para cada frequência de uma banda de interesse.
Os amplificadores de potência serão concebidos em tecnologia de circuitos integrados GaAs HEMT 150 nm e em tecnologia híbrida com transistores discretos HEMT construídos sobre um substrato de nitreto de gálio (GaN). As frequências a serem exploradas serão, em princípio, aquelas da faixa de telefonia celular 5G que ficam abaixo de 6 GHz, particularmente 700 MHz e 3,5 GHz e as da faixa ISM, tais como 433 MHz e 2,45 GHz. Os níveis de potência visados podem chegar a 3 W.
Responsável: Sebastian Yuri Cavalcanti Catunda (UFRN)
Email: catunda@dca.ufrn.br
Resumo: A medição de grandezas físicas é fundamental para ciência e tecnologia, permitindo monitoramento, controle de processos e validação experimental. Com avanços na eletrônica, sensores capazes de gerar sinais elétricos foram desenvolvidos, assim como sistemas eletrônicos de medição para processá-los. A microeletrônica, sistemas de informação e telecomunicações possibilitaram a miniaturização dos sensores, conversão digital, transmissão sem fio e redução de custos. A integração de sensores em um único substrato é uma tendência atual, proporcionando benefícios como menor tamanho, menor custo e menos conexões. Por outro lado, para impulsionar a utilização massiva de sistemas de medição integrados em várias áreas de aplicação, é necessário permitir o uso de um mesmo sistema com diferentes tipos de sensores. Portanto, é essencial oferecer uma interface programável compatível com os diversos sensores pretendidos. Neste contexto, destaca-se a importância desta linha de pesquisa, que abrange pesquisa e desenvolvimento de circuitos de condicionamento e de interface com sensores.
Responsável: João Antonio Martino (USP)
Email: martino@usp.br
Resumo: Nesta atividade está previsto o projeto de amplificadores integrados utilizando transistores avançados tais como nanowire, nanosheet, forksheet e túnel-FET) que ainda estão em fase de desenvolvimento.
Este trabalho projeta e analisa as características DC e em função da frequência destes amplificadores, utilizando dados experimentais dos transistores isolados, para alimentar o simulador de circuitos.
O objetivo é verificar o potencial de uso destes amplificadores como parte de um circuito que integrado que envolve o sensor/biossensor (desenvolvido em outro item deste projeto) juntamente como este amplificador de sinais para aplicação na área de saúde, para uso, por exemplo em triagens de pacientes em um ambiente remoto do Brasil.
A área A1 está dividida em 6 sub-áreas que se relacionam entre si e com as demais áreas do NAMITEC.
As redes de sensores sem fio serão tema de estudo nessa área, quer seja para aplicações de monitoramento de solos, visando monitorar a evolução de sua degradação (ou recuperação) com a erosão, quer seja no monitoramento de aterros sanitários, visando monitorar diversos parâmetros, dentre os quais a emissão de biogás, riscos de deslizamento e a infiltração de poluentes no solo, bem como temperatura, umidade e vazão do gás.
Em paralelo serão projetados termo-geradores a semicondutores (TEG) para aplicação em aterros sanitários visando geração direta de energia elétrica por biogás. O monitoramento remoto dos aterros sanitários deverá ser feito também usando drones e/ou dados de satélites.
Além disso, deverá ser desenvolvida uma “árvore inteligente” para monitoramento de incêndios florestais. A alimentação dos circuitos dessa “árvore inteligente” deverá ser feita a partir da colheita de energia térmica do tronco de árvores para geração de energia elétrica durante o dia e durante a noite.
Será utilizado um elemento de IoT que possa ser usado em aplicações multimídia considerando combinar eficiência energética, agilidade, largura de banda e qualidade do serviço, com potencial diferenciado de processamento local de algoritmos de inteligência artificial.
Serão desenvolvidas também soluções que viabilizem a alimentação de dispositivos de baixa e média potência, sem contato. Será aplicada Inteligência Artificial a sistemas de comunicação sem fio com alta eficiência energética. Será feita uma aplicação para registro de sinais eletrofisiológicos neuronais sem fio para experimentos de neurociência com ratos e será desenvolvido LED de emissão em UV (220 nm) para aplicações em saúde.
