Dentro brevemente
- Pesquisadores da Chalmers University of Technology e da Universidade de Maryland desenvolveram um refrigerador independente que resfria qubits supercondutores para registrar baixas temperaturas, melhorando a confiabilidade da computação quântica.
- O refrigerador opera sem controle externo, usando o calor do ambiente para atingir uma probabilidade de estado qubit de 99,97%, um impulso significativo para a computação quântica livre de erros.
- Ao explorar as interações térmicas entre qubits, este novo sistema demonstra o primeiro uso de uma máquina térmica quântica autônoma, proporcionando um avanço no resfriamento de qubits.
- O novo refrigerador quântico – o objeto quadrado no centro do qubit na imagem – é baseado em circuitos supercondutores e é alimentado pelo calor da natureza. (Universidade de Tecnologia Chalmers | Lovisa Håkansson)
COMUNICADO DE IMPRENSA – Os computadores quânticos precisam de resfriamento extremo para realizar cálculos confiáveis. Um dos desafios que impedem os computadores quânticos de entrar na sociedade é a dificuldade de congelar os qubits a temperaturas absolutas próximas de zero. Agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, e da Universidade de Maryland, nos EUA, desenvolveram um novo tipo de refrigerador que pode resfriar automaticamente qubits supercondutores para registrar baixas temperaturas, abrindo caminho para uma computação quântica confiável.
Os computadores quânticos têm o potencial de revolucionar as tecnologias básicas em vários setores da sociedade, com aplicações na medicina, energia, criptografia, IA e serviços públicos. Enquanto os blocos de construção de um computador clássico – bits – podem assumir o valor 0 ou 1, os blocos de construção típicos dos computadores quânticos – qubits – podem ter os valores 0 e 1 ao mesmo tempo. Essa prática é chamada de superposição e é uma das razões pelas quais um computador quântico pode realizar cálculos paralelos, levando a um maior poder computacional. Porém, o tempo que um computador quântico consegue realizar cálculos ainda é muito lento, pois ele gasta muito tempo corrigindo erros.
“Qubits, os elementos de um computador quântico, são muito sensíveis ao seu ambiente. “Mesmo uma perturbação eletromagnética fraca que vaza para um computador pode alterar o valor de um qubit aleatoriamente, causando erros – e subsequentemente impedindo a computação quântica”, disse Aamir Ali, especialista em pesquisa em tecnologia quântica na Chalmers University of Technology.
Mostra baixas temperaturas recordes
Hoje, a maioria dos computadores quânticos é baseada em circuitos elétricos supercondutores que têm resistência zero e, portanto, armazenam informações muito bem. Para que os qubits funcionem sem erros e por muito tempo em tal sistema, eles precisam ser resfriados a uma temperatura próxima do zero absoluto, o que equivale a 273,15 graus Celsius negativos ou zero Kelvin, a unidade científica de calor. . O frio extremo coloca os qubits em seu estado de energia mais baixo, o estado fundamental, que equivale ao valor 0, o primeiro requisito para computação.
Os sistemas de resfriamento usados hoje, chamados de refrigeradores de purificação de água, mantêm os qubits em cerca de 50 milikelvins acima de zero. Quanto mais próximo o sistema chega de zero, mais difícil é resfriá-lo. Na verdade, de acordo com as leis da termodinâmica, nenhum processo finito pode resfriar qualquer sistema até o zero absoluto. Agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology e da Universidade de Maryland criaram um novo tipo de refrigerador quântico que pode ser compatível com refrigeradores de diluição e qubits supercondutores que são resfriados automaticamente para registrar baixas temperaturas. Um refrigerador quântico é descrito em um artigo em um jornal Física Ambiental.
“O refrigerador quântico é baseado em circuitos supercondutores e é alimentado pelo calor do ambiente. Ele pode resfriar um qubit alvo a 22 milikelvin, sem qualquer controle externo. Isso abre caminho para uma computação quântica confiável e livre de erros que requer sobrecarga mínima de hardware”, diz Aamir Ali, principal autor do estudo e continua:
“Desta forma, conseguimos aumentar a probabilidade do qubit estar no estado fundamental antes do cálculo para 99,97 por cento, muito melhor do que as técnicas anteriores conseguiam, ou seja, entre 99,8 e 99,92 por cento. Isto pode parecer uma pequena diferença, mas ao realizar muitos cálculos, resulta num aumento significativo na eficiência dos computadores quânticos.”
É naturalmente alimentado pela natureza
O refrigerador usa interações entre diferentes qubits, especificamente entre o qubit alvo a ser resfriado e os dois bits quânticos usados para resfriamento. Ao lado de um dos qubits, é criada uma área quente para funcionar como banho termal. O banho térmico quente alimenta um dos qubits supercondutores quânticos da geladeira e alimenta a geladeira quântica.
“A energia da superfície quente, transferida para uma das duas junções do refrigerador quântico, bombeia o calor do alvo para a segunda parte, mais fria, do refrigerador quântico. Esse qubit frio é aquecido em um ambiente frio, onde o calor do qubit alvo é finalmente descartado”, disse Nicole Yunger Halpern, física do NIST e professora assistente adjunta de física e IPST na Universidade de Maryland, EUA.
O sistema é auto-regulável porque, uma vez iniciado, funciona sem controle externo e é alimentado pelo calor que surge naturalmente da diferença de temperatura entre as duas banheiras de hidromassagem.
“Nosso trabalho é sem dúvida a primeira demonstração de uma máquina térmica quântica autônoma que realiza um trabalho útil. “Inicialmente pretendíamos que este experimento fosse uma prova de conceito, por isso ficamos surpresos ao descobrir que o desempenho do dispositivo excede todos os protocolos existentes para redefinir o sistema de resfriamento qubit em baixas temperaturas recordes”, disse Simone Gasparinetti, professora associada da Chalmers University of Technology. e autor principal do estudo.
