Computadores Quânticos: Ruído Controlado Abre Novas Possibilidades de Resfriamento

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, desenvolveram um sistema inovador para resfriamento de computadores quânticos. A abordagem desafia a lógica tradicional, utilizando o ruído como parte integrante do processo de resfriamento.

O estudo, divulgado na Science Daily, explora como o ruído pode ser controlado para otimizar o desempenho desses sistemas complexos.

O sistema em escala mínima emprega ruído controlado para direcionar o fluxo de calor dentro de circuitos quânticos. Essa técnica não apenas resfria os componentes, mas também permite que o dispositivo funcione como um motor térmico ou amplificador de energia, dependendo das condições de operação.

A pesquisa foi publicada na renomada revista científica Nature Communications.

A base do dispositivo é uma “molécula artificial” supercondutora, composta por dois qubits – as unidades básicas da computação quântica – conectados por canais de micro-ondas que atuam como reservatórios de calor. Em supercondutores, temperaturas próximas a -273°C são necessárias para que os elétrons se movam sem resistência.

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No entanto, mesmo pequenas variações de temperatura ou interferências eletromagnéticas podem rapidamente destruir a informação armazenada nos qubits, dificultando a operação e a expansão desses sistemas.

“Muitos dispositivos quânticos são, em última análise, limitados pela forma como a energia é transportada e dissipada”, afirmou Simon Sundelin, doutorando em tecnologia quântica na Universidade de Chalmers e autor principal do estudo. “Compreender esses mecanismos nos permite projetar dispositivos quânticos nos quais o comportamento é previsível e controlável.”

O diferencial do novo sistema reside no uso intencional de ruído de micro-ondas, injetado de forma controlada em uma faixa específica de frequência. Esse ruído viabiliza 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). “Físicos há muito especulam sobre um fenômeno chamado refrigeração browniana.

Nosso trabalho representa a realização mais próxima desse conceito até o momento”, disse Simone Gasparinetti, professor associado da Universidade de Chalmers e coautor do estudo.

A capacidade de controlar o calor diretamente dentro de sistemas quânticos pode ser crucial para dispositivos maiores, onde o funcionamento e a leitura dos qubits geram calor local. “A habilidade de remover ou redirecionar o calor nessa escala minúscula abre caminho para tecnologias quânticas mais confiáveis”, afirmou Aamir Ali, pesquisador em tecnologia quântica e coautor do trabalho.

O estudo foi financiado por agências de pesquisa da Suécia e da União Europeia. As informações foram divulgadas pela Science Daily, com base em material fornecido pela Universidade de Tecnologia de Chalmers.