Princípios importantes
- Fazer computadores quânticos práticos pode depender de encontrar maneiras melhores de usar materiais supercondutores que não tenham resistência elétrica.
- Pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory descobriram um método para encontrar elétrons ligados com extrema precisão.
- Os computadores quânticos supercondutores atualmente superam as tecnologias rivais em termos de tamanho do processador.
Computadores quânticos práticos podem chegar em breve com profundas implicações para tudo, desde a descoberta de drogas até a quebra de códigos.
Em um passo em direção à construção de melhores máquinas quânticas, pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory recentemente mediram a corrente elétrica entre uma ponta metálica atomicamente afiada e um supercondutor. Este novo método pode encontrar elétrons ligados com extrema precisão em um movimento que pode ajudar a detectar novos tipos de supercondutores, que não têm resistência elétrica.
"Os circuitos supercondutores são os atuais pioneiros na construção de bits quânticos (qubits) e portas quânticas em hardware", disse Toby Cubitt, diretor da Phasecraft, uma empresa que constrói algoritmos para aplicações quânticas, à Lifewire por e-mail entrevista. "Qubits supercondutores são circuitos elétricos de estado sólido, que podem ser projetados com alta precisão e flexibilidade."
Ação Assustadora
Os computadores quânticos aproveitam o fato de que os elétrons podem pular de um sistema para outro através do espaço usando as propriedades misteriosas da física quântica. Se um elétron emparelha com outro elétron exatamente no ponto onde o metal e o supercondutor se encontram, ele pode formar o que é chamado de par de Cooper. O supercondutor também libera outro tipo de partícula no metal, conhecido como reflexão de Andreev. Os pesquisadores procuraram essas reflexões de Andreev para detectar pares de Cooper.
A alto University / Jose Lado
Os cientistas de Oak Ridge mediram a corrente elétrica entre uma ponta metálica atomicamente afiada e um supercondutor. Essa abordagem permite detectar a quantidade de reflexão de Andreev retornando ao supercondutor.
Esta técnica estabelece uma nova metodologia crítica para entender a estrutura quântica interna de tipos exóticos de supercondutores conhecidos como supercondutores não convencionais, potencialmente nos permitindo enfrentar uma variedade de problemas abertos em materiais quânticos, Jose Lado, professor assistente da A alto University, que forneceu suporte teórico para a pesquisa, disse em um comunicado à imprensa.
Igor Zacharov, pesquisador sênior do Laboratório de Processamento de Informações Quânticas, Skoltech em Moscou, disse à Lifewire por e-mail que um supercondutor é um estado da matéria no qual os elétrons não perdem energia ao se espalharem nos núcleos ao conduzir o corrente elétrica e a corrente elétrica podem fluir ininterruptamente.
"Enquanto os elétrons ou núcleos têm estados quânticos que podem ser explorados para computação, a corrente supercondutora se comporta como uma unidade quântica macro com propriedades quânticas", acrescentou. "Portanto, recuperamos a situação em que um macroestado da matéria pode ser usado para organizar o processamento de informações enquanto tem efeitos manifestamente quânticos que podem lhe dar uma vantagem computacional."
Um dos maiores desafios da computação quântica hoje está relacionado a como podemos melhorar o desempenho dos supercondutores.
O Futuro Supercondutor
Os computadores quânticos supercondutores atualmente superam as tecnologias rivais em termos de tamanho do processador, disse Cubitt. O Google demonstrou a chamada "supremacia quântica" em um dispositivo supercondutor de 53 qubits em 2019. A IBM lançou recentemente um computador quântico com 127 qubits supercondutores, e a Rigetti anunciou um chip supercondutor de 80 qubits.
"Todas as empresas de hardware quântico têm roteiros ambiciosos para dimensionar seus computadores em um futuro próximo", acrescentou Cubitt. "Isso foi impulsionado por uma série de avanços na engenharia, que permitiram o desenvolvimento de projetos e otimização de qubits mais sofisticados. O maior desafio para essa tecnologia em particular é melhorar a qualidade das portas, ou seja, melhorar a precisão com que o processador pode manipular as informações e executar um cálculo."
Melhores supercondutores podem ser a chave para fazer computadores quânticos práticos. Michael Biercuk, CEO da empresa de computação quântica Q-CTRL, disse em uma entrevista por e-mail que a maioria dos sistemas de computação quântica atuais usa ligas de nióbio e alumínio, nas quais a supercondutividade foi descoberta nas décadas de 1950 e 1960.
"Um dos maiores desafios da computação quântica hoje está relacionado a como podemos fazer com que os supercondutores tenham um desempenho ainda melhor", acrescentou Biercuk. "Por exemplo, impurezas na composição química ou na estrutura dos metais depositados podem causar fontes de ruído e degradação de desempenho em computadores quânticos - isso leva a processos conhecidos como decoerência nos quais a 'quantidade' do sistema é perdida."
A computação quântica requer um equilíbrio delicado entre a qualidade de um qubit e o número de qubits, explicou Zacharov. Toda vez que um qubit interage com o ambiente, como receber sinais para 'programação', ele pode perder seu estado emaranhado.
"Embora vejamos pequenos avanços em cada uma das direções tecnológicas indicadas, combiná-los em um bom dispositivo de trabalho ainda é indescritível", acrescentou.
O 'Santo Graal' da computação quântica é um dispositivo com centenas de qubits e baixas taxas de erro. Os cientistas não conseguem concordar em como alcançarão esse objetivo, mas uma resposta possível é usar supercondutores.
"O número crescente de qubits em um dispositivo supercondutor de silício enfatiza a necessidade de máquinas de resfriamento gigantes que podem conduzir grandes volumes operacionais perto da temperatura zero absoluto ", disse Zacharov.
