Crédito:Diraq Durante décadas, a busca pela computação quântica tem lutado com a necessidade de temperaturas extremamente baixas, meras frações de grau acima do zero absoluto (0 Kelvin ou –273,15°C). Isso ocorre porque os fenômenos quânticos que conferem aos computadores quânticos suas habilidades computacionais únicas só podem ser aproveitados isolando-os do calor do mundo clássico familiar que habitamos.
Um único bit quântico ou “qubit”, o equivalente ao bit binário “zero ou um” no coração da computação clássica, requer um grande aparelho de refrigeração para funcionar. No entanto, em muitas áreas onde esperamos que os computadores quânticos proporcionem avanços – como na concepção de novos materiais ou medicamentos – precisaremos de um grande número de qubits ou mesmo de computadores quânticos inteiros a trabalhar em paralelo.
Prevê-se que computadores quânticos que podem gerenciar erros e se autocorrigir, essenciais para cálculos confiáveis, sejam gigantescos em escala. Empresas como Google, IBM e PsiQuantum estão se preparando para um futuro com armazéns inteiros repletos de sistemas de refrigeração e consumindo grandes quantidades de energia para operar um único computador quântico.
Mas se os computadores quânticos pudessem funcionar mesmo a temperaturas ligeiramente mais elevadas, poderiam ser muito mais fáceis de operar – e muito mais amplamente disponíveis. Em nova pesquisa publicada na Nature , nossa equipe mostrou que um certo tipo de qubit – os spins de elétrons individuais – pode operar em temperaturas em torno de 1K, muito mais quentes do que os exemplos anteriores.
Os fatos frios e concretos
Os sistemas de refrigeração tornam-se menos eficientes em temperaturas mais baixas. Para piorar a situação, os sistemas que usamos hoje para controlar os qubits são uma confusão de fios entrelaçados que lembra o ENIAC e outros grandes computadores da década de 1940. Esses sistemas aumentam o aquecimento e criam gargalos físicos para fazer os qubits funcionarem juntos.
Quanto mais qubits tentamos inserir, mais difícil se torna o problema. A certa altura, o problema da fiação torna-se intransponível.
Depois disso, os sistemas de controle precisam ser integrados nos mesmos chips dos qubits. No entanto, estes componentes eletrónicos integrados utilizam ainda mais energia – e dissipam mais calor – do que a grande confusão de fios.
Uma reviravolta calorosa
Nossa nova pesquisa pode oferecer um caminho a seguir. Demonstramos que um tipo específico de qubit – feito com um ponto quântico impresso com eletrodos metálicos em silício, usando tecnologia muito semelhante à usada na produção de microchips existente – pode operar a temperaturas em torno de 1K.
Este é apenas um grau acima do zero absoluto, então ainda está extremamente frio. No entanto, é significativamente mais quente do que se pensava ser possível. Este avanço poderia condensar a extensa infraestrutura de refrigeração em um sistema único e mais gerenciável. Isso reduziria drasticamente os custos operacionais e o consumo de energia.
A necessidade de tais avanços tecnológicos não é meramente acadêmica. Os riscos são elevados em áreas como a concepção de medicamentos, onde a computação quântica promete revolucionar a forma como compreendemos e interagimos com as estruturas moleculares.
As despesas de investigação e desenvolvimento nestas indústrias, que ascendem a milhares de milhões de dólares, sublinham as potenciais poupanças de custos e ganhos de eficiência decorrentes de tecnologias de computação quântica mais acessíveis.
Uma queima lenta
Qubits “mais quentes” oferecem novas possibilidades, mas também introduzirão novos desafios na correção e controle de erros. Temperaturas mais elevadas podem significar um aumento na taxa de erros de medição, o que criará dificuldades adicionais em manter o computador funcional.
Ainda é o começo do desenvolvimento de computadores quânticos. Os computadores quânticos poderão um dia ser tão onipresentes quanto os atuais chips de silício, mas o caminho para esse futuro estará repleto de obstáculos técnicos.
Nosso recente progresso na operação de qubits em temperaturas mais altas é um passo fundamental para tornar os requisitos do sistema mais simples.
Oferece esperança de que a computação quântica possa libertar-se dos limites dos laboratórios especializados e entrar na comunidade científica mais ampla, nos centros de dados industriais e comerciais.
