Um dos requisitos mais importantes para o normal funcionamento dos computadores quanticos é a sua permanência em ambientes de baixa temperatura, já que, pela sua constituição, estes têm tendência a sobreaquecer. Em último caso, ao atingirem temperaturas elevadas, os dispositivos podem mesmo parar de funcionar. No entanto, mantê-los a uma temperatura correta requer um esforço que nem os ventiladores seriam capazes de proporcionar.
É, por isso, com bons olhos, que informáticos e interessados na área olham para uma nova proposta de arrefecimento apresentada por uma equipa de investidores da Universidade de Estugarda, na Alemanha, que se baseia na execução de um algoritmo, o que pode permitir um bom desempenho à temperatura ambiente no futuro.
O computador da equipa consiste em três qubits, ou bits quânticos, num diamante que carece de dois átomos de carbono. A equipa substituiu um destes átomos por um átomo de azoto e deixaram um espaço vazio, conhecido como uma vaga, onde o outro tinha estado.
Para manipular cada qubit, os investigadores rebentaram-nos com microondas. Isto motivou alterações no spin do núcleo do átomo de azoto ou nos núcleos de dois átomos de carbono próximos da vacância. Estas manipulações atuam como portas lógicas, os blocos básicos de construção dos cálculos que o computador executa, e alteram o estado quântico de um qubit.
Cada estado quântico tem uma quantidade específica de energia, pelo que uma sequência de portões pode ser utilizada para alterar a energia do computador e arrefecê-la. Os investigadores descobriram que o seu arrefecimento algorítmico estava excessivamente próximo do limite teórico da eficiência máxima de arrefecimento.
“Testámos e avaliámos o desempenho de um algoritmo, mas pelos padrões de desempenho de um frigorífico“, diz o membro da equipa Rodolfo Soldati. Por outras palavras, em vez de avaliar o sucesso do algoritmo com base no processamento da informação, tal foi feito a partir do quanto este reduzia a energia do computador.
Luis Correa, especialista da Universidade de Exeter que não participou no estudo, explica que é importante que os investigadores tenham desenvolvido um modelo teórico para o computador, uma vez que mesmo ideias aparentemente simples, como a forma como a temperatura é definida, podem mudar a nível quântico.
“Podemos falar de quantidades como temperatura e eficiência, mas temos de nos certificar de que elas fazem realmente sentido para o sistema que temos”, descreve. Lutz diz que a análise matemática da sua equipa é significativamente mais abrangente e detalhada do que as teorias anteriores de experiências semelhantes.
Durga Dasari, também membro da equipa, diz que para muitos desenhos quânticos de computadores, tais como os que envolvem circuitos supercondutores, a máquina inteira deve ser mantida num frigorífico desde o início. Por isso, começar com as desistências por via da temperatura ambiente e arrefecê-las através de um algoritmo é uma vantagem prática dos computadores quânticos baseados em diamantes, diz ele.
Este tipo de computador quântico pode executar muitos dos mesmos cálculos que as máquinas quânticas com outros desenhos, pelo que o próximo passo dos investigadores é tentar fazer com que o seu computador com arrefecimento algorítmico seja maior e utilizá-lo para cálculos mais complexos.
