Pesquisadores desenvolveram qubits que operam a temperaturas mais altas do que se pensava ser possível

Em um novo experimento, os cientistas desenvolveram qubits que operam a temperaturas um pouco mais altas do que se pensava anteriormente. Com reduções significativas nos custos operacionais e na complexidade dos sistemas de refrigeração, essa conquista deve tornar a computação quântica mais acessível.

Para o uso adequado do poder de computação, os qubits em computadores quânticos têm propriedades únicas. No entanto, essas propriedades são extremamente sensíveis e podem ser facilmente perturbadas pelo ambiente, incluindo o calor. A perturbação dos estados quânticos dos qubits leva a erros nos sistemas e é uma das principais tarefas enfrentadas pelos cientistas.

Até agora, a única solução conhecida para evitar os efeitos do calor era isolar os qubits de qualquer tipo de perturbação térmica. Para fazer isso, os circuitos do processador dos computadores quânticos são armazenados a temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto (-273,15 °C, ou 0 Kelvin). Mas criar o sistema de refrigeração certo é uma tarefa complexa e cara.

Cientistas da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, tentaram recentemente reduzir a complexidade e o custo do equipamento necessário para resfriar computadores quânticos. Eles foram capazes de fazer os qubits funcionarem em temperaturas um pouco mais altas, ou seja, em torno de 1 Kelvin. Embora essa diferença de temperatura seja mínima, ela pode levar a uma redução significativa nos custos operacionais. Os detalhes foram publicados na revista Nature.

Desvantagens dos sistemas de refrigeração existentes

Os sistemas de resfriamento atualmente utilizados em computadores quânticos são chamados de criostatos. Eles permitem baixar a temperatura dos qubits para alguns milikelvins, uma temperatura próxima do zero absoluto. Além do custo dos materiais, seus custos operacionais também são muito altos. À medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto, eles perdem sua eficácia. Isso, por sua vez, requer o uso de energia adicional, o que aumenta ainda mais os custos.

Para não mencionar, as configurações do sistema usadas para controlar qubits são muitas vezes muito pesadas e geram muito calor. Quanto maior o número de qubits controlados, mais calor o sistema gera, até exceder o poder de resfriamento do criostato.

Qubits operando a 1 K?

Os autores do novo estudo enfatizam a importância de desenvolver sistemas tolerantes a erros à medida que o número de qubits integrados em computadores quânticos aumenta. Resiliência refere-se à capacidade de detectar e corrigir erros sem comprometer o resultado final do cálculo. Para otimizar os custos de resfriamento, a equipe acredita que esses sistemas devem operar a uma temperatura de pelo menos 1 Kelvin (-272,15 °C). "À medida que o dimensionamento acelera, torna-se necessário fornecer operação tolerante a erros acima de 1 K", escreveram os pesquisadores em seu estudo.

Eles desenvolveram um qubit que funciona nessa temperatura. Ele foi criado com base em uma estrutura que eles chamam de "ponto quântico" impresso em silício. Devido às suas propriedades, o ponto quântico permite um controle mais eficiente do estado do qubit.

A transição de 0 K (-273,15 °C) para 1 K (-272,15 °C) parece quase insignificante, dado que a temperatura permanece extremamente baixa. No entanto, de acordo com os pesquisadores, uma diferença de um grau Celsius é suficiente para reduzir não apenas o custo, mas também a complexidade dos sistemas de refrigeração existentes.