Um minúsculo vórtice em um material supercondutor permite manipular um bit com um gasto de energia próximo de um limite fundamental da física.
Um bit clássico pode assumir dois estados, representados por 0 e 1. Aqui, os pesquisadores não utilizam uma carga elétrica armazenada em um transistor. Eles exploram um vórtice supercondutor, uma minúscula região ao redor da qual circula uma corrente no material. Sua posição serve diretamente para representar um dos dois estados do bit.
Dispositivo experimental que utiliza um vórtice supercondutor confinado em um potencial de aprisionamento nanométrico.
Crédito: Fridman et al., Nature Communications (2026), licença CC BY 4.0.
Para manter esse vórtice, a equipe criou uma armadilha nanométrica com duas posições estáveis. Uma força aplicada ao sistema pode fazer o vórtice passar de uma posição para outra: 0 ou 1. Os pesquisadores estudaram a força necessária para esses deslocamentos, a fim de determinar a energia necessária para mudar um 0 para 1 e vice-versa.
O experimento funciona a 4,2 K, ou seja, aproximadamente -268,95 °C. Nessa temperatura, o material é supercondutor: a corrente pode circular por ele sem a resistência elétrica habitual.
A questão energética surge quando um bit precisa ser alterado. A física impõe um gasto mínimo para essa operação, mais precisamente para um apagamento: esse gasto é chamado de limite de Landauer. Ele depende da temperatura. A 4,2 K, esse limite é de aproximadamente 4 × 10-23 joule por bit, uma quantidade extremamente pequena na escala de um dispositivo eletrônico.
Os pesquisadores, no entanto, não mediram diretamente uma operação que respeitasse o protocolo de Landauer. Seu dispositivo experimental é incompatível com esse protocolo específico. Por isso, utilizaram simulações numéricas para avaliar a energia de uma manipulação adequada. O resultado fica a menos de um fator dez do limite teórico.
O estudo de pesquisa, portanto, não apresenta aqui uma memória de computador completa que consuma quase o mínimo absoluto. Ele mostra que um bit baseado na posição de um vórtice supercondutor pode, no modelo estudado, aproximar-se consideravelmente desse limite. Seu funcionamento a temperaturas muito baixas também restringe essa possibilidade a sistemas que já estejam refrigerados; caso contrário, o benefício energético perde evidentemente todo o sentido.
Os autores consideram, especialmente, uma integração com circuitos quânticos criogênicos, que também funcionam em baixa temperatura. Eles mencionam ainda um possível uso desses vórtices em certas arquiteturas de computação quântica. As próximas etapas deverão transformar esse bit isolado em elementos controláveis e integráveis a circuitos maiores.