O dispositivo é constituído por um chip de safira com um qubit supercondutor colocado sobre outro que atua como oscilador mecânico.
Crédito: Uwe Von Luepke/ETH Zürich
A descoberta baseia-se em uma estrutura cuidadosamente planejada. O dispositivo combina dois elementos distintos: um qubit supercondutor e um ressonador mecânico, ambos montados em chips de safira. O ressonador mecânico funciona como um disco piezoelétrico, estabilizando as oscilações graças à sua robustez física, um ponto crucial diante da instabilidade dos qubits clássicos.
Um qubit distingue-se por sua capacidade de existir em vários estados simultaneamente. Aqui, os pesquisadores desenvolveram uma membrana semelhante a uma pele de tambor. Essa membrana pode manter a informação em três estados: um estado estacionário, um estado vibratório ou uma superposição de ambos. Essa montagem permite uma conservação mais duradoura da informação.
Os qubits tradicionais, frequentemente baseados em campos eletromagnéticos, são efêmeros, desaparecendo em uma fração de segundo. Este novo qubit mecânico supera essa limitação ao propor tempos de coerência muito mais longos. Isso foi possível graças a um material supercondutor cuidadosamente selecionado, combinado com uma técnica de fabricação inovadora.
Durante os testes, o desempenho desse qubit mecânico mostrou-se superior aos dos qubits híbridos ou virtuais. Os pesquisadores observam que os tempos de coerência dependem fortemente dos materiais utilizados, um parâmetro que eles esperam melhorar ainda mais em estudos futuros.
Ilustração das medições de interação ressonante e dos estados vibratórios associados.
Crédito: Science (2024). DOI: 10.1126/science.adr2464
Esses trabalhos também abrem perspectivas no campo da computação quântica funcional. A equipe planeja testar seus qubits com portas quânticas para avaliar sua eficiência em arquiteturas complexas. Uma melhor compreensão das interações entre esses componentes pode acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos realmente operacionais.
Essa abordagem representa um avanço importante, tanto no aspecto teórico quanto no tecnológico. Dispositivos que utilizam propriedades mecânicas podem em breve superar seus equivalentes virtuais, abrindo caminho para computadores quânticos mais confiáveis e poderosos.
O que é um qubit?
Um qubit, ou bit quântico, é a unidade básica de informação em um computador quântico. Ao contrário do bit clássico que pode ser 0 ou 1, um qubit pode existir em uma superposição de ambos os estados simultaneamente.
Essa superposição é possível graças aos princípios da mecânica quântica, especialmente o princípio da superposição. Isso permite que os qubits processem e armazenem muito mais informações do que um bit clássico.
Os qubits geralmente são criados a partir de partículas subatômicas, como elétrons ou fótons, ou por meio de sistemas artificiais, como circuitos supercondutores.
Combinando vários qubits, os computadores quânticos podem resolver problemas complexos muito mais rapidamente do que os computadores tradicionais, abrindo novas perspectivas em criptografia, química e inteligência artificial.