Motor quântico supercondutor vai turbinar computadores quânticos
[Imagem: Heikka Valja/Aalto University]
Motor quântico
Um motor quântico térmico não apenas vem aprimorar nossa compreensão da termodinâmica, como também promete viabilizar novas tecnologias para a computação quântica, como o tão desejado aumento número de qubits.
Os recentes avanços na compreensão de como os princípios da termodinâmica se aplicam no domínio quântico estão impulsionando várias áreas da tecnologia em escala quântica, e ainda poderão eventualmente “vazar” para a termodinâmica clássica, aumentando nossa compreensão de uma área repleta de descrições que não conseguem agradar a todos.
A mecânica quântica descreve o comportamento das partículas em escalas minúsculas – átomos ou menores -, enquanto a termodinâmica se concentra em sistemas grandes, até o Universo inteiro. Mas hoje já se acredita que os estranhos fenômenos quânticos, como tunelamento, entrelaçamento e superposição poderão fazer a ponte para a familiaridade sólida das máquinas térmicas que impulsionam nossa indústria e nossos lares.
Os motores térmicos, da tradicional máquina a vapor aos motores a combustão, convertem calor em energia útil, em trabalho. Eles impulsionam nossos carros, navios e aviões, e são o principal meio pelo qual a maioria das usinas de energia gera eletricidade.
Agora acaba de ser construído o primeiro motor térmico quântico do mundo, um minúsculo dispositivo supercondutor composto por um qubit do tipo transmon (ou transmônio), um ressonador e um refrigerador. E, por mais inesperado que seja, esse motor está sob o capô de um computador quântico.
“Nosso refrigerador de circuito quântico pode ser ajustado para aquecer e resfriar o qubit sob demanda. Usando pulsos de controle cuidadosamente cronometrados, acionamos o motor em um ciclo Otto e monitoramos o estado do qubit enquanto o motor funcionava,” contou Tuomas Uusnakki, da Universidade Aalto, na Finlândia, que tem como membro da equipe o brasileiro Wallace Teixeira.
[Imagem: Tuomas Uusnakki et al. – 10.1038/s41467-026-72651-x]
Computador quântico a motor?
Ao conectar o qubit a um refrigerador de circuito quântico, a equipe conseguiu controlar o fluxo de calor e demonstrar que esse calor pode ser convertido em trabalho mensurável. Diferentemente de um motor térmico típico, que utiliza fontes quentes e frias separadas, o motor térmico quântico depende de um refrigerador quântico para fornecer tanto o calor quanto o frio.
É um minúsculo motor que opera no ciclo Otto, o processo termodinâmico que movimenta os motores dos carros, entre outras coisas, só que ele opera dentro de um circuito supercondutor, resfriado criogenicamente.
O motor quântico tira proveito da quantidade minúscula de calor encontrada nas condições ultrafrias, perto do zero absoluto, para produzir trabalho positivo ciclicamente, um objetivo almejado há muito tempo pelos engenheiros. O dispositivo fornece uma sólida prova de conceito para motores térmicos supercondutores, que poderão ser usados para desenvolver tecnologias não apenas para computadores quânticos, mas também para sensores ultraprecisos, tecnologias espaciais e muito mais.
A equipe agora está trabalhando para aprimorar o projeto do motor quântico, visando criar um motor térmico totalmente autônomo que possa realizar tarefas como a leitura de qubits sem a necessidade de trazer o pulso de micro-ondas da temperatura de milikelvin até a temperatura ambiente. Um motor autônomo em um circuito supercondutor assim promete reduzir o custo e a complexidade dos computadores quânticos do futuro.