Componente interliga tecnologias quânticas criogênicas com o calor do ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/09/2022

A eletricidade que flui através de uma bobina de metal gera campos elétricos (roxo) e magnéticos (verde). Isso altera as propriedades do substrato, que sintoniza o anel de ressonância (vermelho) para diferentes frequências.
[Imagem: Brian Long]

Interligando o frio com o quente

Na semana passada, a IBM apresentou o maior refrigerador de diluição já construído porque, assim como a maioria das tecnologias quânticas, os computadores quânticos precisam trabalhar próximo ao zero absoluto.

Contudo, todas essas tecnologias precisam ter interfaces com os sistemas em temperatura ambiente, para que seja possível controlá-los e ler seus resultados.

Hoje, os sistemas criogênicos usam fios comuns de metal para conectar-se aos eletrônicos à temperatura ambiente. Infelizmente, esses fios transferem calor para os circuitos frios, além de só poderem transmitir uma pequena quantidade de dados por vez.

Paolo Pintus e seus colegas da Universidade da Califórnia de Santa Bárbara agora construíram um novo componente que promete simplificar muito essa interface, eliminando grande parte do aparato que impede que o calor do ambiente afete os computadores quânticos.

O componente usa um campo magnético para converter dados de corrente elétrica em pulsos de luz; a luz pode então viajar através dos cabos de fibra óptica, que podem transmitir mais informações do que os cabos elétricos comuns, minimizando o calor que invade o sistema criogênico.

"Um dispositivo como esse pode permitir uma integração perfeita com tecnologias de ponta baseadas em supercondutores, por exemplo," disse Pintus - os supercondutores transportam corrente elétrica sem perda de energia, mas normalmente exigem temperaturas bem abaixo de zero para funcionar corretamente.

Esquema (esquerda) e micrografia do dispositivo (direita).
[Imagem: Paolo Pintus et al. - 10.1038/s41928-022-00823-w]

Efeito magneto-óptico

Os cabos de fibra óptica podem transmitir 1.000 vezes mais dados do que fios de cobre no mesmo período de tempo. E o vidro é um bom isolante, o que significa que muito menos calor é transferido para os componentes criogênicos do que um fio de metal.

No entanto, usar uma fibra óptica requer uma etapa extra: Converter dos dados, de sinais elétricos em sinais ópticos, usando um circuito chamado modulador. Este é um processo de rotina em condições ambientais, mas é um pouco complicado em temperaturas criogênicas.

E é justamente isso o que o novo componente faz: Ele pega a corrente elétrica e cria um campo magnético que altera as propriedades ópticas de uma granada sintética, um mecanismo conhecido como "efeito magneto-óptico" - uma granada é um mineral da categoria dos silicatos, utilizado, entre muitos outros casos, em experimentos de levitação quântica e na produção de luz em LEDs de DNA.

O campo magnético altera o índice de refração da granada, que pode ser entendido como sua "densidade" para a luz. Alterando essa propriedade, é possível ajustar a amplitude da luz que circula em um microrressonador de anel e interage com a granada. Isso cria pulsos claros e escuros que transportam informações através do cabo de fibra óptica, como o código Morse em um fio de telégrafo.

"Este é o primeiro modulador de alta velocidade já fabricado usando o efeito magneto-óptico," comentou Pintus.

A largura de banda do dispositivo é de cerca de 2 gigabits por segundo. Não é muito comparado aos links de dados à temperatura ambiente, mas é promissor para uma primeira demonstração. A equipe pretende a seguir tornar o dispositivo mais eficiente, para que ele se torne útil em aplicações práticas.

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