A descoberta de um pequeno chip poderá tornar a computação quântica mais limpa e ecológica do que nunca

As máquinas quânticas consomem muita energia muito antes de serem úteis, sobretudo porque para as controlar é necessário um conjunto de equipamentos volumosos. Segundo os cientistas, uma descoberta permite reduzir essa sobrecarga, o que pode ser importante para a utilização futura da energia.

Researchers have shown how shrinking quantum hardware and slashing power use have moved large-scale quantum computing closer to practical, lower-energy systems — Os investigadores mostraram como a diminuição do hardware quântico e a redução do consumo de energia aproximaram a computação quântica em grande escala de sistemas práticos e de baixo consumo energético

A computação quântica é habitualmente referida como uma superpotência do futuro, que se orgulha de permitir descobertas mais rápidas, melhores materiais e novos medicamentos. Mas a parte mais complicada é o que é necessário para a fazer funcionar.

Mesmo antes de se chegar a máquinas grandes e práticas, as configurações atuais estão cheias de ópticas volumosas e componentes que consomem muita energia, para além do arrefecimento e da infraestrutura que os acompanha.

No entanto, uma equipa da Universidade do Colorado, em Boulder, afirma ter feito uma descoberta que conseguiu pegar numa parte significativa dessa confusão e reduzi-la a um dispositivo do tamanho de um microchip. Trata-se de um componente ótico concebido para controlar frequências laser com extrema precisão e que consome muito menos energia de micro-ondas do que muitos dos sistemas de mesa com que os investigadores contam atualmente. Menos energia significa também menos calor, o que é uma das razões mais silenciosas pelas quais o escalonamento das máquinas quânticas é uma dor de cabeça.

O trabalho dos cientistas centra-se num novo modulador de fase ótico que é quase 100 vezes mais fino do que a largura de um cabelo humano. Segundo os cientistas, este modulador poderá ajudar os futuros computadores quânticos a funcionar com mais canais ópticos em menos espaço, com menos energia desperdiçada para manter tudo estável.

Porque é que a energia e o calor são importantes

Alguns dos principais projetos de computadores quânticos utilizam iões aprisionados ou átomos neutros aprisionados como qubits. Estes sistemas dependem de feixes de laser que têm de ser sintonizados com uma precisão ridícula para “falar” corretamente com os átomos. Atualmente, mudar as frequências do laser de forma controlada envolve normalmente grandes moduladores electro-ópticos que se encontram em mesas ópticas e exigem uma potência de microondas substancial.

“A criação de novas cópias de um laser com diferenças de frequência muito exatas é uma das ferramentas mais importantes para trabalhar com computadores quânticos baseados em átomos e iões”, disse Jake Freedman, que liderou a investigação. “Mas para o fazer em grande escala, precisa de tecnologia que possa gerar eficazmente essas novas frequências”.

O novo controlo da luz laser ao nível do chip conduziu as máquinas quânticas a concepções escaláveis que prometem uma computação mais rápida sem os elevados custos energéticos das configurações atuais.

A equipa afirma que o seu dispositivo pode gerar essas mudanças de frequência utilizando cerca de 80 vezes menos energia de micro-ondas do que muitos moduladores comerciais. Isto, segundo a equipa, ajudará a reduzir o consumo de energia, o aquecimento e a necessidade de configurações de hardware muito extensas, que não se adaptam perfeitamente.

Fabricados como chips normais

O fabrico e a utilização destes chips têm também um potencial lado verde, segundo os investigadores. Em vez de serem construídos em laboratórios personalizados, os investigadores explicaram como o dispositivo é fabricado com CMOS, a mesma abordagem de produção em massa que está por detrás dos processadores do dia a dia. Explicaram como isso significa que, em teoria, pode fabricar um grande número de componentes idênticos sem montagem manual e sem longos percursos ópticos numa bancada de laboratório.

“Não vai construir um computador quântico com 100.000 moduladores electro-ópticos em massa num armazém cheio de mesas ópticas”, disse o Professor Matt Eichenfield.

Juntamente com colaboradores dos Laboratórios Nacionais Sandia, a equipa está agora, aparentemente, a trabalhar em circuitos fotónicos mais integrados que combinam múltiplas funções num único chip. Se isso funcionar, será um passo em direção a máquinas quânticas que não se limitam a escalar em qubits, mas que também escalam de forma a não sobrecarregar a energia e o arrefecimento à sua volta.

Referência da notícia

Jacob M. Freedman et al., Gigahertz-frequency acousto-optic phase modulation of visible light in a CMOS-fabricated photonic circuit, published in Nature Communications, December 2025.