A IBM desenvolveu novo sistema de refrigeração criogênica capaz de manter computadores quânticos em temperaturas inferiores a 15 milikelvins — cerca de 0,015 grau acima do zero absoluto.
A temperatura é mais de 180 vezes menor do que a do espaço profundo e pode ajudar a empresa a superar um dos principais desafios para tornar a computação quântica tolerante a falhas e capaz de operar em escala.
O sistema funciona como uma espécie de “geladeira quântica” modular, projetada para permitir que diferentes processadores quânticos sejam conectados e operem simultaneamente em temperaturas extremamente baixas.
A capacidade de manter os componentes tão frios é fundamental porque os processadores quânticos dependem de qubits supercondutores. O calor pode interferir no comportamento desses componentes e provocar erros nas operações quânticas.
Um problema de escala
- A nova arquitetura busca solucionar uma dificuldade que surge conforme os computadores quânticos ficam maiores;
- Em vez de concentrar todos os qubits em um único processador, a IBM pretende distribuir os componentes por diferentes módulos criogênicos e fazer com que eles trabalhem juntos;
- Para isso, a empresa desenvolveu os chamados L-couplers, cabos supercondutores de alumínio que podem chegar a aproximadamente um metro de comprimento. Eles foram projetados para permitir que qubits instalados em diferentes módulos criogênicos interajam entre si;
- A ideia é criar uma arquitetura na qual vários processadores possam ser conectados sem que seja necessário colocar todos os qubits no mesmo dispositivo físico;
- Essa abordagem pode ser importante para a construção de computadores quânticos maiores e, principalmente, para sistemas capazes de corrigir os próprios erros.
Temperatura mais baixa que a do espaço profundo
Os processadores utilizados pela IBM precisam operar em temperaturas próximas do zero absoluto. Para comparação, o espaço profundo apresenta temperatura de aproximadamente 2,7 kelvins, associada à radiação cósmica de fundo.
Os novos sistemas da IBM conseguem chegar a menos de 15 milikelvins, uma diferença enorme em relação ao ambiente espacial.
O objetivo não é simplesmente alcançar uma temperatura extrema. A refrigeração precisa ser estável e funcionar enquanto os processadores executam operações quânticas, além de permitir que diferentes módulos sejam conectados sem comprometer o ambiente necessário para os qubits.
IBM ainda precisa demonstrar operações entre os módulos
Apesar do avanço, a tecnologia ainda está em uma etapa inicial. A IBM conseguiu conectar dois módulos e mantê-los nas temperaturas necessárias, além de realizar operações simples com o processador Flamingo.
Isso não significa, porém, que a empresa já tenha demonstrado operações quânticas complexas entre diferentes módulos. Esse é um dos próximos desafios do projeto.
A IBM pretende instalar processadores Nighthawk no sistema nos próximos dias para continuar os testes da arquitetura.
A empresa planeja começar a implementar sua arquitetura modular em 2027 e tem como uma das principais metas para 2029 o desenvolvimento do computador quântico Starling.
Computador quântico de 200 qubits lógicos
O Starling é projetado para trabalhar com 200 qubits lógicos e realizar 100 milhões de operações quânticas. Diferentemente dos qubits físicos, que são suscetíveis a erros, os qubits lógicos são construídos a partir de múltiplos qubits físicos e utilizam técnicas de correção de erros para aumentar a confiabilidade dos cálculos.
É justamente nesse ponto que a nova arquitetura criogênica pode se tornar importante. Ao permitir a conexão entre diferentes processadores quânticos mantidos em temperaturas extremamente baixas, a IBM pretende criar infraestrutura capaz de sustentar sistemas muito maiores do que aqueles que podem ser construídos em único módulo.
Ainda assim, a demonstração de uma arquitetura capaz de realizar operações complexas entre esses módulos continua sendo uma etapa necessária antes que a visão de um computador quântico tolerante a falhas em grande escala se torne realidade.
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