A computação quântica pode mudar o paradigma em muitos setores, como saúde, armazenamento de energia, tecnologias emergentes e aplicações. O principal componente desta tecnologia são os qubits. No entanto, para construir um computador quântico funcional, a necessidade de resfriar esses qubits até perto do zero absoluto é um obstáculo que precisa ser superado.
Pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, e da Universidade de Maryland, nos EUA, fizeram grandes progressos. Eles desenvolveram um novo tipo de refrigerador para resfriar automaticamente qubits supercondutores para registrar baixas temperaturas.
Para que os computadores quânticos funcionem sem problemas, os qubits devem ser mantidos em temperaturas congelantes próximas do zero absoluto (-273,15°C ou 0 Kelvin). Qubits podem entrar em seu estado de energia mais baixo em temperaturas tão baixas, o que é importante para a computação quântica.
Os sistemas de resfriamento existentes, conhecidos como refrigeradores de diluição, podem resfriar qubits a cerca de 50 milikelvins, um pouco acima de zero. O resfriamento adicional é um grande desafio porque é impossível atingir o zero absoluto de acordo com as leis da termodinâmica.
Um refrigerador quântico que resfria qubits supercondutores a históricos 22 milikelvin resolve esse desafio. Este dispositivo é amplamente descrito como melhorando significativamente o desempenho da computação quântica.
O refrigerador quântico funcionará com base na interação entre um qubit supercondutor e um ambiente térmico. Nesse sistema, um qubit absorve energia do ambiente para fazer funcionar uma geladeira, que transfere energia para um segundo qubit, mais frio, que perde calor devido ao frio. Portanto, o processo de refrigeração será autorregulado após o seu início, pois não requer nenhum controle externo.
“A geladeira é alimentada pelo calor da natureza e usa interações quânticas para resfriar o qubit alvo”, explica Aamir Ali, principal autor e especialista em pesquisa da Chalmers University. “Este método aumenta a probabilidade de um qubit estar em seu estado fundamental antes da computação para 99,97%, excedendo em muito os métodos anteriores, que alcançaram probabilidades entre 99,8% e 99,92%.
Embora esta melhoria possa parecer pequena, ela resulta em muitos cálculos, aumentando enormemente a eficiência dos computadores quânticos.
“A construção deste refrigerador quântico independente marca um passo importante para tornar a computação quântica mais confiável e escalável. “Nosso trabalho é a primeira demonstração de uma máquina quântica autônoma e quente que realiza um trabalho útil”, disse Simone Gasparinetti, professora associada da Chalmers University e principal autora do estudo. “Originalmente, pretendíamos que este experimento fosse uma prova de conceito, por isso ficamos surpresos com o quão bem ele se saiu.”
Essa inovação melhora o processo de resfriamento e reduz erros, aproximando-nos do dia em que os computadores quânticos poderão ser usados em aplicações do mundo real. Também abre caminho para uma tecnologia mais poderosa e eficiente.
À medida que a computação quântica avança, o novo frigorífico poderá ser um componente-chave na busca por uma computação quântica fiável e isenta de erros, com implicações de longo alcance para as indústrias em todo o mundo.
Referência do diário:
- Aamir, MA, Jamet Suria, P., Marín Guzmán, JA et al. Um refrigerador quântico acionado termicamente redefine automaticamente um qubit supercondutor. Nat. Física. (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02708-5
