Pesquisadores da Universidade Aalto descobriram a perda de energia térmica em qubits por meio de uma configuração experimental simples, esclarecendo a perda de coerência de qubits supercondutores em computadores quânticos.
O estudo, envolvendo físicos e uma equipe internacional, se concentra em junções Josephson supercondutoras, cruciais para a computação quântica de alto desempenho , e fornece insights sobre a dissipação térmica e seu impacto na eficiência do qubit.
Medindo a perda de coerência de qubits supercondutores
Físicos da Universidade Aalto, na Finlândia, juntamente com uma equipe internacional de colaboradores, demonstraram teórica e experimentalmente que a perda de coerência do qubit supercondutor pode ser medida diretamente como dissipação térmica no circuito elétrico que contém o qubit.
No coração dos computadores quânticos e detectores ultrassensíveis mais avançados estão as junções Josephson supercondutoras, os elementos básicos dos qubits – ou bits quânticos. Como o nome sugere, esses qubits e seus circuitos são condutores de eletricidade muito eficientes.
Compreendendo a dissipação térmica em qubits
“Apesar do rápido progresso na criação de qubits de alta qualidade, ainda há uma questão importante não resolvida: como e onde ocorre a dissipação térmica?”, diz Bayan Karimi, pesquisador de pós-doutorado no grupo de pesquisa Pico da Universidade Aalto e primeiro autor do estudo.
“Desenvolvemos há muito tempo métodos para medir essa perda com base na experiência do nosso grupo em termodinâmica quântica”, acrescenta Jukka Pekola, professor da Universidade Aalto que lidera o grupo de pesquisa Pico.
À medida que os físicos continuam a pressionar por qubits cada vez mais eficientes na corrida para aprimorar a tecnologia em torno dos dispositivos quânticos, esses novos dados permitem que os pesquisadores entendam melhor como seus qubits decaem. Em termos de computação quântica, qubits com tempos de coerência mais longos permitem mais operações, levando a cálculos mais complexos inatingíveis em ambientes de computação clássicos.
Rastreamento de perda de energia por radiação térmica
A transmissão de supercorrentes é possível pelo efeito Josephson, onde dois materiais supercondutores muito próximos podem suportar uma corrente sem nenhuma voltagem aplicada. Como resultado do estudo, perdas de energia não atribuídas anteriormente podem ser rastreadas até a radiação térmica originada nos qubits e propagada pelos fios.
Pense em uma fogueira aquecendo alguém na praia – o ar ambiente permanece frio, mas a pessoa ainda sente o calor irradiando do fogo. Karimi diz que esse mesmo tipo de radiação leva à dissipação no qubit.
Essa perda já foi notada antes por físicos que conduziram experimentos em grandes conjuntos de centenas de junções Josephson colocadas em circuito. Como um jogo de telefone sem fio, uma dessas junções pareceria desestabilizar o resto mais abaixo na linha.
Uma configuração experimental simples produz grandes resultados
Originalmente formulando seus experimentos com essas muitas junções em uma matriz, Karimi, Pekola e a equipe começaram a traçar seu caminho de volta para experimentos cada vez mais simples. Sua configuração experimental final: observar os efeitos de ajustar a voltagem em uma única junção Josephson. Ao colocar um absorvedor térmico ultrassensível próximo a essa junção, eles foram capazes de medir passivamente a radiação muito fraca emitida por essa junção em cada transição de fase em uma ampla faixa de frequências de até 100 gigahertz.
O trabalho teórico do grupo foi realizado em parceria com colegas da Universidade de Madri. A pesquisa foi publicada em 22 de agosto em Natureza Nanotecnologia.
Referência: “Detecção bolométrica da radiação Josephson” por Bayan Karimi, Gorm Ole Steffensen, Andrew P. Higginbotham, Charles M. Marcus, Alfredo Levy Yeyati e Jukka P. Pekola, 22 de agosto de 2024, Natureza Nanotecnologia.
DOI: 10.1038/s41565-024-01770-7
O trabalho foi realizado em colaboração com o InstitutoQ Professor da Cátedra de Excelência Charles Marcus da
“data-gt-translate-atributos=”[{[{“atributo”:”dados-cmtooltip”, “formatar”:”HTML->”}]” tabindex=”0″ role=”link”>Universidade de Washingtonnos EUA, e o Instituto Niels Bohr em Copenhague, Dinamarca. A fabricação dos dispositivos usados nos experimentos utilizou as salas limpas da OtaNano, a infraestrutura nacional de pesquisa da Finlândia para micro e nanotecnologias. O trabalho também foi possível graças ao Conselho de Pesquisa da Finlândia, por meio do Centro de Excelência da Quantum Technology Finland (QTF) e do consórcio THEPOW.
