Computadores quânticos supercondutores ficarão menores graças ao grafeno

Outro dia, no mesmo dia, a Nature publicou dois artigos diferentes sobre o dispositivo baseado em grafeno. Este dispositivo é um bolômetro, um dispositivo inventado há cerca de 150 anos para registrar a radiação eletromagnética. Curiosamente, os dois novos estudos usando grafeno impulsionaram este material para o mais novo campo dos computadores quânticos. O grafeno, como se viu, é útil mesmo aí.

Computadores quânticos supercondutores normalmente usam medições de tensão e circuitos amplificadores complexos para ler o estado dos qubits, tornando o projeto muito complicado e prejudicando os ganhos de desempenho. A solução pode ser medir a energia do campo eletromagnético do qubit, mas isso requer um sensor extremamente sensível com a maior velocidade de medição de energia. Teoricamente, os bolômetros são adequados para essa função, mas até o momento nenhum sensor com parâmetros adequados foi proposto para isso.

Um grupo de cientistas finlandeses da Universidade Aalto propôs usar o grafeno como um elemento sensível do bolômetro. O grafeno tem uma capacidade térmica muito baixa. Mesmo uma pequena mudança na energia leva a uma mudança na temperatura do grafeno e altera sua resistência, e é assim que os bolômetros funcionam. A radiação eletromagnética que incide sobre eles leva ao aquecimento do elemento ativo e, por meio de uma alteração em sua resistência, permite medir a energia da radiação.

O dispositivo criado pelos cientistas finlandeses acabou por ser capaz de medir a energia da radiação em cerca de 200 nanossegundos, que por uma grande margem se sobrepõe ao tempo de coerência dos qubits em computadores quânticos supercondutores modernos. A sensibilidade do aparelho também se revelou um recorde para soluções semelhantes. O dispositivo registrou uma mudança de vários megahertz quando uma energia de vários attowatts o atingiu.

Pesquisadores dos Estados Unidos e da Coreia do Sul também propuseram um dispositivo semelhante em ação, conforme refletido em um segundo artigo na Nature. Uma equipe da Universidade de Harvard, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, do Instituto de Ciências Fotônicas, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (Coréia) e da Raytheon BBN Technologies disse que seu sensor de grafeno é capaz de “100.000 vezes melhor do que seus equivalentes comerciais”.

O bolômetro de cientistas americanos, assim como o bolômetro de pesquisadores finlandeses, usa o grafeno como elemento ativo (de registro). Mas também é baseado na chamada junção Josephson, o que permite melhorar ainda mais a precisão da medição. Argumenta-se que o sistema inventado pelos cientistas é capaz de fixar a energia de um único fóton. Essa sensibilidade, aliás, não é apenas o caminho para os computadores quânticos, mas também a capacidade de criar radares, lidars e outras soluções de localização extremamente sensíveis. Portanto, por exemplo, todas as pesquisas do grupo americano são financiadas pelos militares.