Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/01/2025
Erros dos computadores quânticos
Imagine, por exemplo, que você quer resolver um problema de matemática em um bom e velho quadro-negro: A primeira coisa que você fará será garantir que o quadro esteja limpo e livre de quaisquer marcas anteriores, para que você tenha espaço para trabalhar. Os computadores quânticos têm uma necessidade semelhante de um ambiente de trabalho limpo, o que exige "zerar" todos os seus qubits antes de cada cálculo.
Não é fácil, porque os fenômenos quânticos são tipicamente observados em ambientes muito mais do que frios, criogênicos, perto do zero absoluto (-273,15 ºC ou zero Kelvin). É por isso que os computadores quânticos precisam ficar dentro de geladeiras ultraeficientes, conhecidas como refrigeradores de diluição.
E, mesmo assim, os qubits acabam sendo afetados pelo ambiente, o que gera um dos maiores problemas da computação quântica, o excesso de erros.
Mohammed Aamir e colegas da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, descobriram agora como construir um "apagador para o quadro negro quântico": Eles construíram um refrigerador minúsculo, tão pequeno que é responsável por resfriar um único qubit, garantindo que ele retorne sempre ao seu estado fundamental, o que pode ser comparado com fazer um bit clássico retornar ao valor 0.
Refrigerador de qubits
Apagar os qubits após um cálculo envolve resfriá-los a uma fração de grau acima do zero absoluto e então mantê-los lá. O novo método não é apenas mais eficaz do que outros métodos de última geração para apagar o quadro negro dos qubits, devido às temperaturas mais baixas que atinge, mas também as atinge de uma maneira inovadora - alimentando o apagador usando o calor que flui entre duas partes da geladeira que mantém o computador frio.
Uma geladeira comum resfria os objetos usando algum tipo de energia para retirar calor do seu interior. A fonte de energia para isso tipicamente é a eletricidade, mas a geladeira quântica usa calor de outro lugar do computador para fazer seu trabalho.
Os pesquisadores construíram um qubit e um "qutrit", um qubit com mais níveis de energia, o que significa que ele consegue armazenar informações mais complexas do que um qubit. O qutrit e qubits formam a geladeira, que então pode ser usada para resfriar um qubit alvo, um dos qubits de trabalho que o computador quântico usa para fazer cálculos.
O sistema foi projetado de modo que, quando o qubit alvo esquenta demais, o que causa erros, o calor flui automaticamente para fora dele, em direção aos outros dois elementos (qubit + qutrit). Isso reduz a temperatura do qubit alvo, zerando seu estado. Como esse processo é autônomo, o refrigerador de qubits e qutrits consegue corrigir erros sem qualquer controle externo, ou seja, ele automatiza o controle de erros do computador quântico.
Os testes mostraram que o qubit alvo chega a 22 mK, o que é muito abaixo dos cerca de 50 mK atingidos pelos refrigeradores usados nos computadores quânticos atuais - ou seja, esse é um apagador quântico que apaga muito melhor do que qualquer coisa que tenha sido desenvolvida até hoje.
Visto de outra forma, o estado inicial do qubit de cálculo permaneceu correto 99,97% das vezes, em comparação com os 99,8% do tempo alcançados por outros métodos de reinicialização. "Isso pode parecer uma diferença pequena, mas, ao realizar múltiplos cálculos, isso resulta em um maior aumento de desempenho na eficiência dos computadores quânticos," disse Aamir.
Termodinâmica quântica
A professora Nicole Halpern, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA, que trabalhou no projeto, lembra que isto inaugura na prática o campo da termodinâmica quântica.
As máquinas termodinâmicas, que lidam e convertem calor, energia e temperatura, desencadearam a Revolução Industrial, mas até agora a termodinâmica quântica não tem sido muito prática. "Estou interessada em tornar a termodinâmica quântica útil. Este refrigerador quântico autônomo, sem dúvida útil, é nosso primeiro exemplo," disse Halpern.
E essa máquina quântica poderá ter outros usos. Os pesquisadores já estão analisando se conseguem criar um relógio quântico autônomo ou se conseguem usar seu refrigerador de qubits para projetar um computador quântico com outras funções controladas automaticamente por diferenças de temperatura.