- Pesquisadores do MIT e do Lincoln Laboratory desenvolveram uma técnica para medir correções harmônicas de segunda ordem em circuitos superconductores usados em computadores quânticos.
- A técnica detecta a presença dessas correções, identifica a origem e mede sua intensidade com precisão, ajudando a projetar circuitos mais previsíveis.
- Os autores apontam que a fonte dessas correções, em seus dispositivos, é uma indutância adicional nas cablagens, e não apenas a dinâmica da junção Josephson.
- O estudo, publicado na Nature Physics, conta com Max Hays, Junghyun Kim e William D. Oliver entre os autores.
- No futuro, os pesquisadores buscam projetar experimentos para prever o desempenho dos devices e investigar outras fontes das correções, com apoio de agências como o Departamento de Energia dos Estados Unidos.
Quantum computers podem um dia resolver problemas complexos que superam os padrões dos computadores clássicos, como modelar interações moleculares para acelerar fármacos e novos materiais. Para isso, é preciso controlar milhares de circuitos quânticos com o menor erro possível.
Pesquisadores do MIT e do Lincoln Laboratory desenvolveram uma técnica para medir uma propriedade que pode fazer um circuito superconducting desviar do comportamento esperado. A análise aponta a origem de distorções conhecidas como correções harmônicas de segunda ordem, que reduzem o desempenho das arquiteturas de circuito.
A equipe fabricou um dispositivo sensível a essas correções, capaz de detectar a presença das second-order harmonic corrections e medir sua intensidade com precisão. O objetivo é projetar circuitos que contra-ataquem esses desvios na prática.
Essa abordagem é especialmente relevante em circuitos maiores e mais complexos, onde o efeito negativo tende a se ampliar. O trabalho aparece na Nature Physics e envolve colaboradores de ambas as instituições.
O que são esses desvios
Em circuitos que utilizam Josephson junctions, elementos-chave para transferir e manipular informações, o transporte ocorre por pares de elétrons chamados Cooper pairs. Esses pares podem tunelar entre dois fios com uma barreira nanométrica.
Normalmente, apenas um par tunela por vez, o que facilita o controle do circuito. Em certas situações, dois pares podem tunelar simultaneamente, gerando a correção de segunda ordem que distorce o funcionamento.
Se dois pares tunelarem juntos, a suposição usada no projeto pode não valer mais. Nesse caso, é necessário adaptar o circuito para suportar esse efeito.
Como a técnica funciona
Os pesquisadores criaram um circuito quântico muito sensível a essas distorções. O dispositivo reduz a tunelagem de pares únicos e permite a passagem de pares duplos, tornando possível detectar e medir as correções de segunda ordem com maior precisão.
A partir desses dados, é possível localizar a origem das harmônicas. Assim, é viável identificar estratégias de engenharia que minimizem o impacto dessas distorções.
Fontes das distorções
As hipóteses anteriores apontavam a dinâmica da junction como possível origem. A equipe verificou que, em seus dispositivos, a indutância adicional fornecida pelos fios conexos é a fonte principal.
Conhecer a origem permite prever a intensidade do efeito e orientar o aperfeiçoamento de circuitos mais estáveis, com desempenho mais previsível em projetos futuros. Os pesquisadores destacam a importância de entender o acoplamento entre componentes.
Perspectivas e financiamento
No futuro, os autores planejam experimentos para prever com mais precisão o desempenho diante de correções de segunda ordem e estudam outras possíveis fontes. O estudo recebeu apoio do Departamento de Energia dos EUA, do Co-design Center for Quantum Advantage, da Força Aérea, da Korea Foundation for Advanced Studies e do programa de bolsas da comunidade de Inteligência em MIT.
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