Imported Article – 2026-02-04 18:36:26

Espera-se que a tecnologia quântica transforme significativamente várias áreas da sociedade. As aplicações potenciais incluem descoberta de medicamentos, inteligência artificial, otimização de logística e comunicações seguras. Apesar dessa promessa, barreiras técnicas sérias ainda impedem o uso prático. Um dos desafios mais difíceis é manter e controlar os delicados estados quânticos que tornam esses sistemas funcionais.

Por que os Computadores Quânticos Devem Estar Perto do Zero Absoluto

Computadores quânticos construídos com circuitos supercondutores devem ser resfriados a temperaturas muito próximas do zero absoluto (cerca de -273 °C). Nessas temperaturas, os materiais se tornam supercondutores, permitindo que os elétrons se movam sem resistência. Somente sob essas condições extremas podem se formar estados quânticos estáveis dentro dos qubits, as unidades básicas da informação quântica.

Esses estados quânticos são extremamente sensíveis. Pequenas alterações na temperatura, interferência eletromagnética ou ruído de fundo podem rapidamente apagar informações armazenadas. Essa sensibilidade torna os sistemas quânticos difíceis de operar e ainda mais difíceis de expandir.

À medida que os pesquisadores tentam aumentar a escala dos computadores quânticos para resolver problemas práticos, o controle do calor e do ruído se torna cada vez mais desafiador. Sistemas maiores e mais complexos criam mais oportunidades para a energia indesejada se espalhar e desestabilizar estados quânticos frágeis.

“Muitos dispositivos quânticos estão, em última análise, limitados pela maneira como a energia é transportada e dissipadora. Compreender esses caminhos e ser capaz de medi-los nos permite projetar dispositivos quânticos nos quais os fluxos de calor são previsíveis, controláveis e até úteis”, diz Simon Sundelin, estudante de doutorado em tecnologia quântica na Universidade Chalmers e autor principal do estudo.

Usando Ruído como Ferramenta de Resfriamento

Em um estudo publicado na Nature Communications, a equipe de Chalmers descreve um tipo fundamentalmente diferente de refrigerador quântico. Em vez de tentar eliminar o ruído, o sistema utiliza-o como força motriz por trás do resfriamento.

“Físicos há muito especulam sobre um fenômeno chamado refrigeração browniana; a ideia de que flutuações térmicas aleatórias poderiam ser aproveitadas para produzir um efeito de resfriamento. Nosso trabalho representa a realização mais próxima desse conceito até hoje”, diz Simone Gasparinetti, professora associada em Chalmers e autora sênior do estudo.

No núcleo do refrigerador está uma molécula artificial supercondutora criada no laboratório de nanofabricação da Chalmers. Ela se comporta de forma semelhante a uma molécula natural, mas em vez de átomos, é construída a partir de pequenos circuitos elétricos supercondutores.

A molécula artificial está conectada a múltiplos canais de micro-ondas. Ao adicionar ruído de micro-ondas cuidadosamente controlado na forma de flutuações de sinal aleatórias dentro de uma faixa de frequência estreita, os pesquisadores podem guiar como o calor e a energia se movem pelo sistema com uma precisão notável.

“Os dois canais de micro-ondas funcionam como reservatórios quente e frio, mas o ponto chave é que eles estão efetivamente conectados apenas quando injetamos ruído controlado através de uma terceira porta. Este ruído injetado permite e direciona o transporte de calor entre os reservatórios via a molécula artificial. Fomos capazes de medir correntes de calor extremamente pequenas, até potências na ordem de attowatts, ou 10-18 watts. Se tal fluxo de calor pequeno fosse usado para aquecer uma gota de água, levaria a idade do universo para ver sua temperatura subir um grau Celsius,” explica Sundelin.

Novos Caminhos para uma Tecnologia Quântica Escalável

Ao ajustar cuidadosamente as temperaturas dos reservatórios e rastrear os fluxos de calor minúsculos, o refrigerador quântico pode operar de várias maneiras. Dependendo das condições, ele pode funcionar como um refrigerador, agir como uma máquina térmica ou amplificar o transporte térmico.

Esse nível de controle é especialmente importante em sistemas quânticos maiores, onde o calor é produzido localmente durante a operação e medição dos qubits. Gerenciar esse calor diretamente dentro dos circuitos quânticos poderia melhorar a estabilidade e o desempenho de maneiras que os sistemas de resfriamento convencionais não conseguem.

“Vemos isso como um passo importante em direção ao controle do calor diretamente dentro dos circuitos quânticos, em uma escala que os sistemas de resfriamento convencionais não conseguem atingir. Ser capaz de remover ou redirecionar calor em uma escala tão pequena abre a porta para tecnologias quânticas mais confiáveis e robustas,” diz Aamir Ali, pesquisador em tecnologia quântica na Chalmers e coautor do estudo.

Mais Informações

O estudo “Refrigeração quântica impulsionada por ruído em um circuito supercondutor” foi publicado na revista científica Nature Communications. Os autores são Simon Sundelin, Mohammed Ali Aamir, Vyom Manish Kulkarni, Claudia Castillo-Moreno e Simone Gasparinetti do Departamento de Microtecnologia e Nanociência da Universidade Chalmers de Tecnologia.

O refrigerador quântico foi fabricado no Laboratório de Nanofabricação, Myfab, da Universidade Chalmers de Tecnologia.

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Conselho Sueco de Pesquisa, pela Fundação Knut e Alice Wallenberg por meio do Centro Wallenberg para Tecnologia Quântica (WACQT), pelo Conselho Europeu de Pesquisa e pela União Europeia.