Método de resfriamento eficiente pode viabilizar computadores quânticos em chips

MIT e Lincoln Laboratory desenvolveram resfriamento mais rápido e eficiente energeticamente para computadores quânticos baseados em chips fotônicos, usando resfriamento por gradiente de polarização em fotônica integrada.
O sistema usa um chip com duas antenas nanoescalares para emitir feixes de luz que manipulam o íon acima do chip, aumentando estabilidade e controle.
O resfriamento atinge cerca de 10 vezes abaixo do limite Doppler em aproximadamente 100 microssegundos, superando métodos de resfriamento a laser convencionais.
O foco é computação quântica com íons aprisionados, onde a fotônica integrada facilita escalabilidade ao eliminar a necessidade de grandes componentes ópticos externos.
Futuras etapas incluem caracterizar outras arquiteturas de chip, demonstrar resfriamento por gradiente de polarização com múltiplos íons e explorar novas aplicações da arquitetura.

O MIT e o MIT Lincoln Laboratory desenvolveram um método de resfriamento mais rápido e energeticamente eficiente para computadores quânticos baseados em chips fotônicos. A técnica reduz a energia cinética de íons aprisionados acima de circuitos integrados, atingindo quase 10 vezes abaixo do limite de resfriamento Doppler. O avanço foi apresentado em publicações conjuntas em Light: Science and Applications e Physical Review Letters.

O sistema usa um chip fotônico com antenas nanosolares projetadas para emitir feixes de luz altamente controlados que interagem com íons presos. O arranjo permite direção de luz mais estável e eficiente, eliminando a necessidade de grandes conjuntos ópticos externos. A abordagem facilita a escalabilidade ao reduzir componentes externos.

Os pesquisadores destacam que o resfriamento rápido, alcançado em cerca de 100 microsegundos, facilita operações quânticas com maior precisão. O estudo foi liderado por Jelena Notaros, professora associada no MIT, e inclui Sabrina Corsetti, Ethan Clements e John Chiaverini entre os autores. A colaboração envolve também CERN Lincoln Laboratory e o Centro de Engenharia Quântica do MIT.

Avanços e impactos

A técnica emprega resfriamento por gradiente de polarização, com dois feixes de luz de polarizações distintas que formam um padrão giratório capaz de reduzir vibrações dos íons. Trata-se de demonstração pela primeira vez em photonics integrados, antes limitada a óptica bulk. O objetivo é viabilizar arquiteturas em chip com múltiplos íons.

Em termos de aplicação, a pesquisa aponta caminhos para chips com milhares de sítios que interfaceiam com muitos íons, em uma configuração escalável. Futuras fases incluirão caracterização de diferentes arquiteturas de chip e demonstração de resfriamento com múltiplos íons. O trabalho recebe apoio de agências como DOE e NSF, além de parcerias com o MIT Center for Quantum Engineering.