Resumo interno:
- Pesquisadores da Universidade de Aalto, da Universidade de Helsinque, da Universidade de Chicago e outros mostraram que a síntese de Josephson, os principais componentes dos qubits supercondutores, dispersa energia na forma de fótons, que são medidos diretamente usando um bolômetro sensível.
- A pesquisa revelou que o aquecimento das junções Josephson pode levar à desintegração, o que faz com que os estados quânticos retornem ao seu antigo comportamento e percam informações quânticas importantes, afetando o desempenho do qubit.
- Ao mapear padrões de dissipação de energia com base nas características de frequência e tensão, a equipe obteve insights que poderiam melhorar os projetos de qubit, com trabalhos futuros focados na detecção de eventos de fótons únicos para melhorar a tecnologia qubit.
A energia sai das junções Josephson na forma de fótons e, pela primeira vez, os pesquisadores mediram diretamente essas radiações usando um detector térmico altamente sensível conhecido como bolômetro. Este desenvolvimento esclarece como os qubits supercondutores, os blocos de construção dos computadores quânticos, perdem energia – um problema que perturba as informações quânticas e compromete o desempenho dos qubits. Esta investigação, publicada na Nature Nanotechnology, envolve grupos da Universidade de Aalto, da Universidade de Helsínquia e da Universidade de Chicago, entre outros, que pretendem desvendar os mecanismos de dispersão e separação entre estes estados.
Qubits e o Desafio da Coerência
Qubits supercondutores, usados por sistemas de computação quântica como os do Google e da IBM, operam em temperaturas muito baixas para manter seu estado quântico. No entanto, a estabilidade dos qubits pode ser comprometida pela dissipação de calor, o que leva à dissociação – quando os estados quânticos retornam ao seu comportamento original, apagando informações quânticas importantes. Compreender como a energia é dissipada nesses circuitos é essencial para melhorar seu desempenho. Embora existam modelos para a junção Josephson, muitas vezes faltam informações detalhadas sobre onde e como a energia é perdida no sistema, criando desafios para um maior desenvolvimento.
Sucesso baseado em bolômetro na medição da dissipação de energia
Para colmatar esta lacuna, a equipa de investigação utilizou um nanobolómetro para medir diretamente a radiação fraca emitida pela junção Josephson numa vasta gama, até 100 GHz. Um bolômetro, feito de um absorvedor de cobre, converte a radiação em calor. Um termômetro sensível detecta então mudanças na temperatura, permitindo aos pesquisadores analisar a dissipação de energia em tempo real. Esta abordagem identificou vários mecanismos de dispersão, cada um dependente do viés utilizado para a associação.
Ao mapear a saída de energia geral dependente da frequência e as características de tensão de corrente, os pesquisadores descobriram que a localização física da junção Josephson afeta a dissipação de energia. Conforme observado no estudo, essas descobertas podem desempenhar um papel em trabalhos futuros para refinar os projetos de qubits, gerenciando melhor a perda de calor e reduzindo a incoerência.
Olhando para o futuro: computação fotográfica para melhorar o desempenho do Qubit
Este estudo fornece uma imagem clara de como os qubits perdem energia através da emissão de fótons, fornecendo uma maneira direta de medir a perda de coerência em circuitos quânticos supercondutores. Como o desempenho de um qubit depende da minimização do desacoplamento, esse entendimento pode ajudar a projetar computadores quânticos estáveis e eficientes. O trabalho futuro da equipe inclui refinar o bolômetro para detectar eventos de fótons únicos, o que poderia fornecer informações ainda mais precisas sobre a dissipação de energia e ajudar a desenvolver a tecnologia qubit para aplicações de computação quântica.
Os autores que contribuíram para este estudo incluem Bayan Karimi, Gorm Ole Steffensen, Andrew P. Higginbotham, Charles M. Marcus, Alfredo Levy Yeyati e Jukka P. Pekola.
