Investigadores mostram como ruído pode impulsionar a refrigeração em circuitos quânticos
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Christina Genet
A equipa de cientistas da Chalmers University of Technology em Gotemburgo, na Suécia, publicou os resultados do seu trabalho na revista Nature Communications.
Nas tecnologias clássicas, a refrigeração desempenha um papel importante; nas tecnologias quânticas, torna-se incontornável. Para enfrentar este desafio, uma equipa de investigadores do Departamento de Microtecnologia e Nanociências da Chalmers University of Technology testou experimentalmente um dispositivo supercondutor que utiliza ruído de desfasamento para impulsionar o arrefecimento à escala quântica. O estudo foi publicado na revista científica Nature Communications.
De facto, os bits quânticos (qubits) só funcionam corretamente quando as perturbações térmicas são muito baixas, o que exige temperaturas próximas do zero absoluto. Contudo, os métodos convencionais de refrigeração têm dificuldade em remover o calor gerado dentro dos próprios circuitos quânticos. Neste contexto, os investigadores demonstraram um novo tipo de frigorífico quântico que transforma uma característica incómoda da eletrónica quântica – o ruído de desfasamento – num recurso útil para arrefecimento.
Refrigeração quântica impulsionada por ruído num circuito supercondutor
O trabalho mostra como o ruído cuidadosamente controlado pode conduzir o transporte de calor num circuito supercondutor, arrefecendo de forma eficaz uma parte do sistema. Para conseguir esta demonstração, a equipa de científicos criou uma molécula diatómica artificial microscópica usando qubits transmon com fluxo ajustável, pequenos elementos supercondutores que funcionam como níveis de energia quântica discretos. Estes estão acoplados a duas linhas de micro-ondas que funcionam como reservatórios de alta e baixa temperatura, cuja temperatura é controlada através da injeção de ruído calibrado e espectralmente localizado.
Ao ajustar as temperaturas relativas dos reservatórios e as propriedades do ruído, o dispositivo apresentou três comportamentos distintos: funcionou como um frigorífico, extraindo calor de um reservatório frio; como uma máquina térmica, gerando um fluxo de calor líquido do quente para o frio; ou como um acelerador térmico.
Em vez de aplicar trabalho externo ou gradientes de temperatura no sentido clássico, o dispositivo utiliza a própria aleatoriedade para transportar calor de forma direcionada ao nível quântico. Isto abre novas perspetivas para a gestão do calor em ambientes criogénicos e de computação quântica, podendo complementar ou melhorar as técnicas de refrigeração atualmente utilizadas.
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