Do zero ao Qubit: com pouca verba, cientistas brasileiros alcançam feito inédito na corrida da computação quântica mundial
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Por Gabriela Belloto e Washington Coutinho
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Luzes atenuadas, isolamento acústico e temperaturas próximas do zero absoluto são características do laboratório de dispositivos quânticos liderado pelo físico Francisco Rouxinol, no Instituto de Física Gleb Wataghin(IFGW) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Esse espaço, estruturado do início, abriga os estudos voltados à fabricação de Qubits supercondutores, os componentes fundamentais para o funcionamento de computadores quânticos. Foi nesse ambiente que, pela primeira vez, um Qubit funcional do tipo Transmon 2D foi inteiramente desenvolvido em território nacional.
A construção do primeiro Qubit brasileiro teve início em 2019, por meio da parceria entre o professor Rouxinol e Lucas Medeiros Ruela, então doutorando. Naquele momento, ambos se dedicaram à montagem do laboratório. Apesar da desaceleração provocada pela pandemia de Covid-19, as atividades foram gradualmente retomadas, com a obtenção de licenças e aquisição dos equipamentos necessários. Ao final de 2021, foi produzido o primeiro Qubit funcional. Nos dois anos seguintes, a equipe desenvolveu uma técnica própria de fabricação, garantindo maior domínio do processo. Em 2024, Lucas concluiu sua tese, na qual detalhou como montar e operar um laboratório dedicado à produção e estudo de Qubits supercondutores, marco inédito na história da ciência brasileira.
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Qubit nacional
Enquanto computadores convencionais executam tarefas como navegação na internet ou reprodução de vídeos, os computadores quânticos têm potencial para simular fenômenos complexos, como a formação de galáxias ou as dinâmicas climáticas da Terra. Para compreender o Qubit, imagine um interruptor de luz tradicional, que só pode estar ligado ou desligado. O Qubit, por sua vez, pode representar ambos os estados simultaneamente, por meio da superposição, característica central da computação quântica.
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Lucas trabalhou com uma versão específica desses Qubits, chamada Transmon, construída a partir de materiais supercondutores, que conduzem eletricidade sem resistência, e incorporando junções Josephson, estruturas microscópicas que permitem o controle dos estados quânticos.
A fabricação exigiu infraestrutura de alta complexidade. O laboratório inclui sistemas criogênicos compostos por refrigeradores de diluição, capazes de atingir temperaturas próximas a -273 °C, com escudos térmicos e gaiolas de Faraday que isolam os dispositivos do ambiente externo. Para a produção dos circuitos, utilizou-se a litografia por feixe de elétrons, técnica que permite a construção de componentes em escala nanométrica. Um sistema de leitura por micro-ondas foi desenvolvido para decodificar os delicados sinais emitidos pelos Qubits.
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Três modelos de Qubit foram testados: um em chip plano (2D), um tridimensional (3D) e outro importado da França, utilizado como referência. O Qubit 3D produzido no Brasil alcançou tempos de funcionamento similares aos dos laboratórios internacionais, com aproximadamente 14 microsegundos de relaxamento (T1) e 1 microsegundo de coerência (T2). Esses resultados indicam avanço técnico significativo.
Além disso, Lucas identificou fontes de ruído que afetavam o desempenho dos Qubits e propôs soluções, como blindagens magnéticas e modificações nos materiais. Sua pesquisa demonstrou que é possível realizar ciência de ponta no Brasil, mesmo diante de limitações estruturais.
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O laboratório
O Laboratório de Dispositivos Quânticos da Unicamp concentra esforços na construção de blocos fundamentais da computação quântica. De acordo com o professor Rouxinol, mestrandos, doutorandos e pós-doutorandos são integrados ao processo para estudar os fundamentos da mecânica quântica e aplicar esse conhecimento no desenvolvimento de novos dispositivos.
“Por ora, não construímos o computador completo. Trabalhamos peça por peça, como pequenos blocos”, explica Diego Molina, aluno de mestrado. A rotina do grupo envolve métodos de fabricação, sistemas de medição e design dos componentes.
O trabalho também é realizado em parceria com instituições como o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer e o Sirius, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais.
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Corrida internacional
Conforme destaca Rouxinol, países europeus e os Estados Unidos estão em estágio mais avançado na pesquisa quântica. No Brasil, as iniciativas enfrentam obstáculos relacionados ao financiamento e à infraestrutura. No ranking global da Bori-Elsevier, que mede a produção científica em computação quântica, o Brasil caiu do 19º lugar, em 2014, para o 21º, em 2023.
“A diferença entre os grupos de fora e os nossos é imensa. Um grupo médio no exterior tem entre oitenta e cem pessoas. Aqui, trabalhamos com cinco ou seis, o que já é considerado um grupo grande para os padrões brasileiros”, relata Rouxinol.
Com experiência de pós-doutorado na Syracuse University, em Nova York, o pesquisador compara os contextos. “Lá, se um equipamento quebra, basta ligar e um novo é enviado. Aqui, posso ficar meses aguardando a reposição. Isso impacta diretamente o tempo de produção de uma amostra. O que consigo fazer em dez horas fora do país, pode levar meses aqui”, conclui.
Ainda assim, o grupo da Unicamp conseguiu erguer uma infraestrutura inédita, dominar técnicas sofisticadas e atingir parâmetros internacionais de desempenho. Esse percurso, como afirma o pesquisador, é fruto de um processo cumulativo de formação e aprendizado, que dá ao Brasil um lugar promissor na corrida quântica global.
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Edição: Nicole Heinrich
Orientação: Artur Araujo
