Avanços em Computação Quântica: Usando Ruído para Resfriamento

Computadores quânticos necessitam operar em temperaturas próximas ao zero absoluto para funcionarem corretamente. Um dos principais desafios é que os sistemas de resfriamento geram ruído, o que pode comprometer informações quânticas delicadas. Um estudo da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, publicado na Science Daily, apresenta uma nova abordagem que utiliza o ruído como parte do processo de resfriamento.

Os pesquisadores desenvolveram um sistema em escala mínima que emprega ruído controlado para direcionar o fluxo de calor em circuitos quânticos. Essa inovação não apenas resfria, mas também pode atuar como motor térmico ou amplificador de energia, dependendo das condições de operação.

A pesquisa foi divulgada na revista científica Nature Communications.

Funcionamento do Dispositivo

O dispositivo é baseado em uma “molécula artificial” supercondutora composta por dois qubits, que são as unidades básicas da computação quântica. Esses qubits estão conectados a canais de micro-ondas que funcionam como reservatórios quente e frio.

Para que os circuitos supercondutores operem, é necessário resfriá-los a aproximadamente –273 °C, permitindo que os elétrons se movam sem resistência.

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Nessas temperaturas extremas, pequenas variações de temperatura e ruídos podem rapidamente apagar informações armazenadas nos qubits, dificultando a operação e a expansão desses sistemas. Simon Sundelin, doutorando em tecnologia quântica na Universidade de Chalmers e autor principal do estudo, destaca que muitos dispositivos quânticos são limitados pela forma como a energia é transportada e dissipada.

O Papel do Ruído Controlado

Os pesquisadores ressaltam que a inovação do novo sistema reside no uso intencional de ruído de micro-ondas, injetado de forma controlada em uma faixa específica de frequência. Esse ruído facilita o transporte de calor entre os reservatórios através da molécula artificial, permitindo a medição de fluxos térmicos extremamente pequenos, na ordem de attowatts (10⁻¹⁸ watt).

Simone Gasparinetti, professor associado da Universidade de Chalmers e coautor do estudo, menciona que os físicos há muito especulam sobre um fenômeno conhecido como refrigeração browniana, e que este trabalho representa a realização mais próxima desse conceito até agora.

A capacidade de controlar o calor diretamente dentro de sistemas quânticos pode ser crucial para dispositivos maiores, onde o funcionamento dos qubits gera calor local.

Aamir Ali, pesquisador em tecnologia quântica e coautor do estudo, afirma que a habilidade de remover ou redirecionar o calor em escalas tão pequenas abre novas possibilidades para tecnologias quânticas mais confiáveis. O estudo recebeu financiamento de agências de pesquisa da Suécia e da União Europeia.