Revolucionando a Confiabilidade dos Circuitos para Computadores Quânticos

O Futuro dos Computadores Quânticos

Os computadores quânticos têm o potencial de resolver problemas complexos que são intratáveis para computadores clássicos, como modelar interações moleculares para otimizar a descoberta de medicamentos e o desenvolvimento de novos materiais. Contudo, para a construção de um computador quântico supercondutor que seja grande e resiliente o suficiente para aplicações do mundo real, é vital que os cientistas engenheerm milhares de circuitos quânticos para que realizem operações com a menor taxa de erro possível.

A Nova Técnica do MIT e do Lincoln Laboratory

Pesquisadores do MIT e do Lincoln Laboratory desenvolveram uma técnica para medir uma propriedade que pode, inesperadamente, causar a um circuito quântico supercondutor desvio de seu comportamento esperado. A análise revelou a origem dessas distorções, conhecidas como correções harmônicas de segunda ordem, que levam a arquiteturas de circuito com desempenho inferior.

Os pesquisadores fabricaram um dispositivo para detectar correções harmônicas de segunda ordem, identificar sua origem e medir precisamente sua força. Essa técnica pode ajudar os cientistas a projetar circuitos quânticos que possam contrabalançar os efeitos dessas desvios, especialmente em circuitos quânticos maiores e mais complicados, onde a correção de segunda ordem pode ser amplificada.

A Importância da Identificação e Medição

“À medida que fazemos nossos computadores quânticos maior e queremos ter um controle mais preciso sobre os parâmetros desses dispositivos, identificar e medir esses efeitos se tornou crucial para uma compreensão precisa da construção desses sistemas,” diz Max Hays, cientista pesquisador do grupo Engineering Quantum Systems (EQuS) do Research Laboratory of Electronics (RLE) e coautor do artigo sobre essa pesquisa. Ele é acompanhado por Junghyun Kim, estudante de pós-graduação em engenharia elétrica e ciência da computação, e William D. Oliver, professor de física e líder do grupo EQuS.

Funcionamento dos Circuitos Quânticos Supercondutores

Nos computadores quânticos que utilizam circuitos supercondutores, os junctions de Josephson são elementos críticos que permitem a transferência e a manipulação de informações. Esses dispositivos utilizam dois fios supercondutores muito próximos um do outro, com uma barreira em escala nanométrica entre eles. Como em um circuito tradicional, a carga elétrica é transportada por elétrons. Contudo, em um circuito supercondutor, os elétrons transportadores de carga se emparelham, formando pares de Cooper, que podem "túnel quântico" através da barreira, transportando corrente de um fio para o outro.

Desafios e Soluções na Computação Quântica

Se ``pair quantality'' é forçada, ocorre o que é conhecido como correção harmônica de segunda ordem, limitando o desempenho do circuito quântico configurado para permitir apenas o túnel de pares únicos. Antes de corrigir o circuito, os cientistas precisam conhecer a origem e a força dessas distorções. Para obter essa informação, os pesquisadores fabricaram um circuito quântico altamente sensível a esses efeitos.

O dispositivo é projetado para suprimir o processo de túnel quântico de pares de Cooper únicos, enquanto permite que o processo de túnel de dois pares continue. Dessa forma, eles podem detectar a presença de correções harmônicas de segunda ordem e medir precisamente sua força, o que ajuda os pesquisadores a identificar a melhor maneira de corrigir essas distorções. Ao entender a origem das correções, os cientistas podem projetar circuitos que, potencialmente, terão desempenho melhor e mais confiável.

O Caminho Adiante

No futuro, os pesquisadores desejam projetar experimentos que prevejam de forma mais precisa como um dispositivo se comportará quando ocorrerem correções harmônicas de segunda ordem. Também pretendem estudar outras fontes dessas correções e verificar se essas fontes podem ter impactos negativos em um circuito sob diferentes condições de fabricação.