Os computadores quânticos, conhecidos por seu potencial revolucionário em áreas como criptografia e simulações químicas, têm um grande desafio pela frente: a manutenção da estabilidade de seus componentes, os qubits. Esses qubits, que são as unidades de informação nos computadores quânticos, são extremamente sensíveis às variações do ambiente. Até mesmo a menor perturbação pode fazer com que eles percam suas propriedades quânticas, resultando em erros de cálculo. Para evitar isso, os qubits precisam ser resfriados a temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto.
Recentemente, uma equipe de cientistas fez uma descoberta que pode impulsionar significativamente o desempenho dos computadores quânticos: a criação de um novo tipo de refrigerador quântico autônomo. Esse dispositivo promete melhorar a confiabilidade dos cálculos quânticos, ao reduzir a sobrecarga de hardware necessária para manter os qubits estáveis.
A inovação
Em um estudo publicado no dia 9 de janeiro de 2025 na Nature Physics, pesquisadores conseguiram resfriar um qubit a incríveis 22 millikelvins, o que corresponde a cerca de -273,13°C (ou -459,63°F). Este é o recorde de temperatura mais baixa já alcançada para um qubit. Para entender a importância disso, é preciso considerar que a estabilidade dos qubits é essencial para garantir cálculos quânticos precisos, e isso só é possível quando estão em seu estado de energia mais baixo, o chamado “estado fundamental”.
O sistema de refrigerador quântico autônomo desenvolvido pelos cientistas não substitui os refrigeradores de diluição convencionais, mas complementa-os. Os refrigeradores de diluição são usados há anos para atingir temperaturas extremamente baixas, utilizando gases como o hélio. Contudo, esses dispositivos têm limitações, como a dificuldade de escalabilidade e a complexidade de operação.
O novo sistema, por sua vez, utiliza radiação de micro-ondas para criar “reservatórios térmicos” que resfriam os qubits. Essa radiação direciona energia para um dos qubits do refrigerador, o que permite transferir o calor do qubit alvo para o segundo qubit frio. Esse processo é possível graças a um mecanismo térmico que, no final, descarrega o calor do qubit em um ambiente ainda mais frio, otimizando a temperatura do sistema.
Resultados surpreendentes
Os computadores quânticos, especialmente aqueles baseados em qubits supercondutores como o chip Condor da IBM, exigem temperaturas próximas ao zero absoluto para funcionar corretamente. Isso ocorre porque, nesse ambiente ultrafrio, as propriedades quânticas dos qubits são preservadas por mais tempo, o que aumenta a precisão dos cálculos. No entanto, resfriar qubits a essas temperaturas extremamente baixas é um processo complicado e intensivo em energia.
Com esse novo sistema, os cientistas conseguiram aumentar a probabilidade de que o qubit esteja em seu estado fundamental antes de uma computação para 99,97%. Em comparação, as técnicas anteriores atingiam probabilidades entre 99,8% e 99,92%. Embora a diferença possa parecer pequena, ela se traduz em uma melhoria significativa quando múltiplos cálculos são realizados, o que pode acelerar o desempenho dos computadores quânticos de maneira notável.
Além disso, o fato de o sistema ser autônomo — ou seja, não exigir controle externo após ser iniciado — é uma vantagem crucial. Os refrigeradores de diluição tradicionais são extremamente complexos e difíceis de escalar para sistemas maiores. Já o novo sistema, movido por energia térmica, é muito mais simples e eficiente.
Um grande passo para a computação quântica
O estudo é considerado uma das primeiras demonstrações de uma “máquina térmica quântica autônoma” realizando uma tarefa útil na prática, segundo os co-autores do estudo. Este tipo de inovação pode ser um marco significativo na jornada para tornar a computação quântica mais acessível e aplicável a problemas do mundo real, como simulações complexas de moléculas e reações químicas.
Embora ainda seja um campo em desenvolvimento, as pesquisas nesse sentido são promissoras e podem acelerar os avanços tecnológicos que transformarão a ciência e a tecnologia nos próximos anos.
Com esse avanço, os pesquisadores estão cada vez mais perto de resolver um dos maiores obstáculos para o uso em larga escala dos computadores quânticos, abrindo caminho para um futuro onde essas máquinas incríveis possam, finalmente, entregar o que prometem: um poder de computação incomparável.
Conclusão
Este avanço abre novas possibilidades para a computação quântica. Os sistemas autônomos de resfriamento podem facilitar a criação de computadores quânticos mais estáveis, mais eficientes e mais escaláveis. Além disso, ao reduzir a necessidade de equipamentos externos complexos, os pesquisadores podem agora focar em melhorar a precisão e a performance das operações quânticas, sem se preocupar tanto com os desafios de resfriamento.
