Uma nova tecnologia desenvolvida na Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, representa um avanço crucial para a computação quântica: uma geladeira quântica autônoma, capaz de corrigir automaticamente erros em qubits. O dispositivo, projetado para resfriar individualmente qubits de trabalho, elimina o calor excessivo gerado durante os cálculos, garantindo maior precisão e estabilidade nas operações quânticas.
O desafio dos erros quânticos
Os computadores quânticos, que operam em temperaturas criogênicas próximas ao zero absoluto (-273,15 ºC), enfrentam um problema recorrente: a suscetibilidade de seus qubits ao ambiente, que provoca erros e compromete os cálculos. Antes de cada operação, é necessário “zerar” os qubits, o que exige sistemas de resfriamento extremamente eficientes.
Embora as geladeiras de diluição atuais consigam manter os qubits a cerca de 50 mK, essa temperatura ainda permite a ocorrência de erros frequentes. Foi nesse contexto que Mohammed Aamir e sua equipe criaram um sistema inovador capaz de atingir temperaturas de 22 mK, redefinindo os padrões de resfriamento.
Como funciona a geladeira quântica?
O sistema utiliza um qubit e um “qutrit” (uma versão avançada de qubit, com mais níveis de energia) para resfriar um qubit alvo, responsável por executar cálculos. Quando o qubit alvo aquece e começa a cometer erros, o calor flui automaticamente para o qubit e o qutrit que compõem a geladeira, reduzindo a temperatura do qubit alvo e restaurando-o ao estado fundamental, equivalente ao “zero” de um bit clássico.
O diferencial desse método é que ele é totalmente autônomo, ou seja, dispensa qualquer controle externo para corrigir os erros. Essa automação eleva a eficiência do sistema, alcançando uma precisão de 99,97% no estado inicial do qubit, comparado aos 99,8% dos métodos convencionais. Embora a diferença pareça pequena, ela é significativa ao realizar cálculos repetidos e complexos, melhorando o desempenho geral do computador quântico.
Termodinâmica quântica na prática
Segundo a professora Nicole Halpern, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA, essa inovação marca o início da aplicação prática da termodinâmica quântica. Até hoje, a teoria lidava principalmente com questões acadêmicas, sem impacto significativo em tecnologias comerciais. Agora, com uma máquina autônoma capaz de manipular calor e temperatura em nível quântico, abrem-se novas possibilidades para dispositivos autossuficientes e de alta precisão.
Perspectivas futuras
Os pesquisadores já exploram outras aplicações para a tecnologia. Entre as possibilidades estão o desenvolvimento de relógios quânticos autônomos e o aprimoramento de computadores quânticos para incluir funções automáticas baseadas em diferenças de temperatura. Esse avanço também pode levar a melhorias em áreas como sensores quânticos e criptografia.
O trabalho foi publicado na revista Nature Physics e representa um marco tanto para a computação quântica quanto para o campo emergente da termodinâmica quântica.
Referência:
Artigo: Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets a superconducting qubit
Autores: Mohammed Ali Aamir et al.
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-024-02708-5