Computadores quânticos precisam operar em temperaturas próximas do zero absoluto para funcionar. O desafio é que os próprios sistemas de resfriamento geram ruído, capaz de destruir informações quânticas frágeis.
Um estudo divulgado pela Science Daily, com base em pesquisa da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, mostra uma abordagem que inverte essa lógica ao usar o ruído como parte do processo de resfriamento.
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Os pesquisadores desenvolveram um refrigerador quântico em escala mínima que utiliza ruído controlado para direcionar o fluxo de calor dentro de circuitos quânticos.
O sistema permite não apenas resfriar, mas também atuar como motor térmico ou amplificador de energia, dependendo das condições de operação.
A pesquisa foi publicada na revista científica Nature Communications. O dispositivo é baseado em uma “molécula artificial” supercondutora formada por dois qubits (bits quânticos, unidades básicas da computação quântica) conectada a canais de micro-ondas que funcionam como reservatórios quente e frio.
Em computadores quânticos supercondutores, os circuitos precisam ser resfriados a cerca de –273 °C para que elétrons se movam sem resistência.
Nessas condições extremas, pequenas variações de temperatura, interferências eletromagnéticas ou ruídos podem apagar rapidamente a informação armazenada nos qubits, o que dificulta a operação e a expansão desses sistemas.
“Muitos dispositivos quânticos são, em última análise, limitados pela forma como a energia é transportada e dissipada”, afirmou Simon Sundelin, doutorando em tecnologia quântica na Universidade de Chalmers e autor principal do estudo.
Segundo ele, compreender esses mecanismos permite projetar dispositivos quânticos nos quais os fluxos de calor são previsíveis e controláveis.
Ruído controlado
Os pesquisadores afirmam que o diferencial do novo sistema é o uso intencional de ruído de micro-ondas, injetado de forma controlada em uma faixa específica de frequência.
Esse ruído viabiliza o transporte de calor entre os reservatórios por meio da molécula artificial, permitindo medir fluxos térmicos extremamente pequenos, da ordem de attowatts (10⁻¹⁸ watt).
“Os físicos há muito especulam sobre um fenômeno chamado refrigeração browniana. Nosso trabalho representa a realização mais próxima desse conceito até o momento”, disse Simone Gasparinetti, professor associado da Universidade de Chalmers e coautor do estudo.
De acordo com os cientistas, a capacidade de controlar o calor diretamente dentro de circuitos quânticos pode ser relevante para sistemas maiores, nos quais o funcionamento e a leitura dos qubits geram calor local.
“A capacidade de remover ou redirecionar o calor nessa escala minúscula abre caminho para tecnologias quânticas mais confiáveis”, afirmou Aamir Ali, pesquisador em tecnologia quântica e coautor do trabalho.
O estudo foi financiado por agências de pesquisa da Suécia e da União Europeia. As informações foram divulgadas pela Science Daily, com base em material fornecido pela Universidade de Tecnologia de Chalmers.
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