Novo material bidimensional revoluciona resfriamento de bits quânticos em computadores do futuro

São PauloPesquisadores do Laboratório de Eletrônica e Estruturas em Nanoscale (LANES) da EPFL desenvolveram um novo dispositivo que esfria bits quânticos (qubits) de maneira muito eficiente. Liderados por Andras Kis e sua equipe da Escola de Engenharia, esse dispositivo facilita o uso de qubits em temperaturas extremamente baixas, fundamentais para a computação quântica.

Computadores quânticos necessitam que os qubits estejam extremamente frios, próximos a -273 graus Celsius, para reduzir o movimento atômico e diminuir o ruído. No entanto, a eletrônica utilizada nesses computadores gera calor, que é difícil de eliminar em temperaturas tão baixas. A tecnologia atual tem dificuldade em lidar com isso, resultando em ruídos e ineficiências.

A equipe LANES desenvolveu um novo dispositivo que utiliza grafeno por sua excelente condutividade elétrica e seleneto de índio por suas propriedades semicondutoras. Esse dispositivo tem apenas alguns átomos de espessura e funciona como um objeto bidimensional.

Características importantes do dispositivo:

• Funciona em temperaturas de até 100 milikelvin.
• Utiliza o efeito Nernst para conversão termelétrica.
• Combina grafeno e seleneto de índio para alta eficiência.
• Iguála a eficiência das tecnologias atuais em temperatura ambiente.
• Possui potencial para integração em circuitos quânticos de baixa temperatura.

O dispositivo utiliza o efeito Nernst, que gera uma tensão quando um campo magnético é aplicado perpendicularmente a um objeto com temperaturas diferentes. A estrutura bidimensional permite o controle elétrico da eficiência desse processo.

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Cientistas experimentaram um dispositivo com uma fonte de calor a laser e um refrigerador de diluição. Esse dispositivo conseguiu transformar calor em voltagem a temperaturas extremamente baixas, algo geralmente difícil de se realizar. A nova tecnologia resolve esse problema e é crucial para o desenvolvimento da tecnologia quântica.

Gabriele Pasquale, doutorando da LANES, destaca a importância deste dispositivo. Nos sistemas quânticos, a perturbação térmica é um problema. Este dispositivo auxilia proporcionando o resfriamento necessário para controlar o calor.

Pasquale, um físico, ressalta a relevância da pesquisa. Este estudo nos permite entender como converter calor em eletricidade a baixas temperaturas, um tema pouco explorado. O dispositivo é altamente eficiente e pode ser fabricado com peças de fácil produção, possibilitando sua integração em circuitos quânticos já existentes.

Este avanço é crucial para a computação quântica. Sistemas de resfriamento são indispensáveis para manter os qubits estáveis, e este dispositivo oferece a solução necessária. Indica um futuro em que os computadores quânticos podem se tornar mais úteis e difundidos, passando dos laboratórios para o uso cotidiano.

A equipe LANES alcançou progresso importante no desenvolvimento de sistemas de resfriamento para computadores quânticos. Suas descobertas, publicadas na Nature Nanotechnology, representam um avanço significativo na nanotecnologia. Isso pode provocar grandes mudanças nos futuros sistemas de resfriamento para tecnologias quânticas.