Imported Article – 2026-02-23 15:45:18

Qubits são as unidades fundamentais dos computadores quânticos, que os cientistas esperam que um dia superem as máquinas mais poderosas de hoje. No entanto, os qubits são extremamente sensíveis. Os materiais usados para construí-los muitas vezes contêm pequenos defeitos que os cientistas ainda não compreendem completamente. Essas imperfeições microscópicas podem mudar de posição centenas de vezes por segundo. À medida que se movem, alteram a rapidez com que um qubit perde energia e, com isso, informações quânticas valiosas.

Até recentemente, os métodos de teste padrão levavam até um minuto para medir o desempenho do qubit. Isso era muito lento para capturar essas flutuações rápidas. Em vez disso, os pesquisadores podiam apenas determinar uma taxa média de perda de energia, ocultando o verdadeiro comportamento instável do qubit.

É como pedir a um forte cavalo de trabalho que puxe um arado enquanto obstáculos aparecem constantemente em seu caminho mais rapidamente do que alguém pode reagir. O animal pode ser capaz, mas interrupções imprevisíveis tornam o trabalho muito mais difícil.

Controle de Qubit em Tempo Real com FPGA

Uma equipe de pesquisa do Centro de Dispositivos Quânticos do Instituto Niels Bohr e do Programa de Computação Quântica da Fundação Novo Nordisk, liderada pelo pesquisador de pós-doutorado Dr. Fabrizio Berritta, desenvolveu um sistema de medição adaptativa em tempo real que rastreia mudanças na taxa de perda de energia (relaxação) do qubit à medida que ocorrem. O projeto envolveu a colaboração com cientistas da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, da Universidade de Leiden e da Universidade Chalmers.

A nova abordagem depende de um controlador clássico rápido que atualiza sua estimativa da taxa de relaxação do qubit em milissegundos. Isso coincide com a velocidade natural das flutuações, em vez de ficar atrasado segundos ou minutos, como faziam os métodos mais antigos.

Para alcançar isso, a equipe usou um FPGA (Field Programmable Gate Array), um tipo de processador clássico projetado para operações extremamente rápidas. Ao executar o experimento diretamente no FPGA, eles puderam gerar rapidamente uma “melhor estimativa” de quão rápido o qubit estava perdendo energia usando apenas algumas medições. Isso eliminou a necessidade de transferências de dados mais lentas para um computador convencional.

Programar FPGAs para essas tarefas especializadas pode ser desafiador. Mesmo assim, os pesquisadores conseguiram atualizar o modelo Bayesiano interno do controlador após cada medição do qubit. Isso permitiu que o sistema refinasse continuamente sua compreensão da condição do qubit em tempo real.

Como resultado, o controlador agora acompanha o ambiente em mudança do qubit. Medições e ajustes ocorrem em uma escala de tempo quase igual às flutuações, tornando o sistema aproximadamente cem vezes mais rápido do que as demonstrações anteriores.

O trabalho também revelou algo novo. Os cientistas não sabiam anteriormente quão rapidamente ocorrem flutuações em qubits supercondutores. Esses experimentos agora forneceram essa visão.

Hardware Quântico Comercial Encontra Controle Avançado

FPGAs há muito são usados em outros campos científicos e de engenharia. Neste caso, os pesquisadores utilizaram um controlador baseado em FPGA comercialmente disponível da Quantum Machines, chamado OPX1000. O sistema pode ser programado em uma linguagem semelhante ao Python, que muitos físicos já utilizam, tornando-o mais acessível a grupos de pesquisa em todo o mundo.

A integração deste controlador com hardware quântico avançado foi possibilitada por meio de uma colaboração estreita entre o grupo de pesquisa do Instituto Niels Bohr liderado pelo Professor Associado Morten Kjaergaard e a Universidade Chalmers, onde a unidade de processamento quântico foi projetada e fabricada. “O controlador permite uma integração muito estreita entre lógica, medições e feedforward: esses componentes tornaram nosso experimento possível”, diz Morten Kjaergaard.

Por que a Calibração em Tempo Real é Importante para os Computadores Quânticos

Tecnologias quânticas prometem novas capacidades poderosas, embora computadores quânticos práticos em larga escala ainda estejam em desenvolvimento. O progresso geralmente ocorre de forma incremental, mas ocasionalmente são dados passos em frente significativos.

Ao descobrir essas dinâmicas anteriormente ocultas, as descobertas remodelam a forma como os cientistas pensam sobre testar e calibrar processadores quânticos supercondutores. Com os materiais e métodos de fabricação atuais, avançar em direção ao monitoramento e ajuste em tempo real parece essencial para melhorar a confiabilidade. Os resultados também destacam a importância de parcerias entre pesquisa acadêmica e indústria, juntamente com usos criativos da tecnologia disponível.

“Atualmente, nas unidades de processamento quântico em geral, o desempenho geral não é determinado pelos melhores qubits, mas pelos piores: esses são os que precisamos focar. A surpresa do nosso trabalho é que um qubit ‘bom’ pode se tornar ‘ruim’ em frações de segundo, em vez de minutos ou horas.

“Com nosso algoritmo, o hardware de controle rápido pode identificar qual qubit é ‘bom’ ou ‘ruim’ basicamente em tempo real. Também podemos reunir estatísticas úteis sobre os qubits ‘ruins’ em segundos, em vez de horas ou dias.

“Ainda não conseguimos explicar uma grande fração das flutuações que observamos. Compreender e controlar a física por trás de tais flutuações nas propriedades do qubit será necessário para escalar processadores quânticos a um tamanho útil”, diz Fabrizio.