Equipe de Surrey propõe projeto de qubit com hélio superfluido para reduzir taxas de erro quântico

GUILDFORD, United Kingdom — Pesquisadores da University of Surrey apresentaram um novo projeto conceitual para um bit quântico, ou qubit, que utiliza hélio superfluido para reduzir significativamente as taxas de erro em hardware quântico, de acordo com uma reportagem publicada em September 8, 2026, pelo phys.org. A arquitetura proposta aborda um dos gargalos mais persistentes na ciência da informação quântica: a vulnerabilidade dos qubits físicos ao ruído ambiental, o que leva à degradação do estado quântico e a erros computacionais. Ao aproveitar as propriedades coerentes e sem atrito do hélio líquido resfriado próximo ao zero absoluto, a equipe de pesquisa de Surrey visa estabelecer uma nova plataforma física que possa simplificar o caminho em direção a computadores quânticos de grande escala e tolerantes a falhas.

## Key facts - Pesquisadores da University of Surrey projetaram uma arquitetura conceitual de qubit aproveitando as propriedades físicas do hélio superfluido. - O projeto é adaptado para mitigar a decoerência e o ruído operacional, que atualmente forçam os desenvolvedores de hardware quântico a aplicar pesados protocolos de correção de erros. - O hélio-4 líquido passa por uma transição de fase para um estado superfluido em seu ponto lambda de aproximadamente 2.17 Kelvin (-270.98 degrees Celsius), onde sua viscosidade cai precisamente a zero. - Processadores quânticos supercondutores padrão, como os que dependem de qubits transmon, operam dentro de refrigeradores de diluição em temperaturas extremamente baixas, variando entre 10 e 15 millikelvin. - O desenvolvimento conceitual ocorre em meio a investimentos internacionais mais amplos em hardware quântico, incluindo a National Quantum Strategy de dez anos do United Kingdom, de £2.5 billion, que vai de 2023 a 2033.

## What happened A equipe de pesquisa da University of Surrey formulou uma estrutura teórica e conceitual para um qubit que integra o hélio superfluido como seu meio central. Na computação clássica, um bit existe estritamente como um zero ou um binário. Um bit quântico, por outro lado, baseia-se em princípios da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento, para existir em uma combinação de estados simultaneamente, permitindo vantagens exponenciais de processamento para problemas matemáticos específicos.

No entanto, as implementações físicas existentes de qubits — sejam construídas a partir de circuitos supercondutores, íons presos ou pontos quânticos semicondutores — são excepcionalmente frágeis. Perturbações minúsculas da energia térmica ao redor, radiação eletromagnética dispersa ou imperfeições de materiais em nível atômico fazem com que os qubits percam suas propriedades quânticas, um fenômeno conhecido como decoerência. Quando a decoerência ocorre, a informação armazenada é corrompida, introduzindo erros nos cálculos.

De acordo com a reportagem do phys.org, o projeto conceitual da University of Surrey oferece uma abordagem estrutural inovadora para isolar o qubit dessas perturbações ambientais. Ao usar hélio superfluido — um estado da matéria no qual o hélio líquido flui com viscosidade mecânica zero e exibe coerência quântica macroscópica —, o projeto cria um substrato criogênico excepcionalmente estável. A arquitetura teórica minimiza a dissipação indesejada de energia e a desfocagem (dephasing), permitindo potencialmente que a informação quântica persista por durações significativamente mais longas do que em dispositivos convencionais de estado sólido.

## Why it matters O principal obstáculo que impede os computadores quânticos de resolver problemas complexos do mundo real — como simular estruturas moleculares para farmacologia avançada, otimizar redes de logística global ou quebrar algoritmos criptográficos modernos — é o escalonamento de hardware. Embora os processadores quânticos modernos contenham de dezenas a centenas de qubits físicos, as taxas de erro atuais permanecem muito altas para cálculos sustentados e sem assistência. As taxas de erro de portas de dois qubits nos principais sistemas supercondutores normalmente oscilam entre 0.1 percent e 1 percent.

Para alcançar uma computação confiável, os sistemas devem empregar a Correção de Erros Quânticos (QEC). Os protocolos de QEC agrupam dezenas, centenas ou até milhares de qubits físicos para construir um único "qubit lógico" altamente durável. Sob os limiares de erro atuais, a construção de um computador quântico comercialmente viável com alguns milhares de qubits lógicos exigiria um sistema que incorporasse milhões de qubits físicos. Essa escala apresenta enormes barreiras de engenharia, incluindo demandas extremas de resfriamento, fiação de controle de micro-ondas complexa e alto consumo de energia.

Se o conceito de qubit de hélio superfluido da University of Surrey alcançar mesmo uma redução modesta nas taxas de erro físico, isso poderá alterar fundamentalmente essas dinâmicas de escalonamento. Taxas de erro físico intrínseco mais baixas reduzem a taxa de overhead — o número de qubits físicos necessários para dar suporte a cada qubit lógico. Reduzir essa razão em uma ordem de grandeza permitiria que os fabricantes de hardware quântico atingissem a computação quântica tolerante a falhas com processadores físicos drasticamente menores, reduzindo a complexidade de fabricação do hardware e os custos operacionais.

## The background A física por trás da superfluididez remonta a quase um século. Em 1937, os físicos Pyotr Kapitsa em Moscow, ao lado de John F. Allen e Don Misener em Cambridge, descobriram independentemente que o hélio-4 líquido passa para um estado superfluido quando resfriado abaixo de 2.17 Kelvin, um limite conhecido como ponto lambda. Nesse regime, os átomos de hélio se condensam em um único estado fundamental quântico macroscópico descrito por uma única função de onda. O hélio superfluido conduz calor quase instantaneamente, não exibe viscosidade mensurável e pode rastejar em uma película microscópica pelas paredes de seu recipiente de contenção.

Nas últimas duas décadas, os físicos exploraram periodicamente o hélio líquido como um ambiente ideal para experimentos quânticos. Uma via notável envolveu "elétrons no hélio", onde elétrons individuais são aprisionados acima da superfície do hélio líquido por suas próprias cargas de imagem e mantidos no lugar por campos eletrostáticos externos. Como o hélio líquido não contém praticamente nenhuma impureza atômica, possui spin nuclear zero e mantém uma superfície líquida excepcionalmente lisa e livre de defeitos cristalinos, os elétrons suspensos sobre ele experimentam um ruído magnético e elétrico extremamente baixo.

Apesar dessas características físicas atraentes, as abordagens de estado sólido conquistaram uma enorme vantagem na corrida global pela supremacia quântica. Circuitos supercondutores baseados em junções Josephson — pioneiros no final dos anos 1990 e início dos anos 2000 — beneficiaram-se de técnicas estabelecidas de litografia de semicondutores, permitindo que empresas como IBM, Google e Rigetti ampliassem rapidamente os projetos de chips. Da mesma forma, sistemas de íons presos desenvolvidos por empresas como IonQ e Quantinuum aproveitaram controles a laser precisos para alcançar altas fidelidades de porta. No entanto, à medida que os sistemas supercondutores e de íons presos se aproximam dos limites de engenharia relacionados a interferências (crosstalk), defeitos de material e densidade de fiação, arquiteturas físicas alternativas — incluindo átomos neutros, qubits topológicos e sistemas de hélio líquido — estão recebendo nova atenção de instituições de pesquisa em todo o mundo.

## Reaction Embora a equipe da University of Surrey tenha apresentado um caminho teórico promissor, físicos experimentais e engenheiros quânticos enfatizam que os projetos conceituais de qubit representam apenas a fase inicial de um longo ciclo de desenvolvimento. Pesquisadores acadêmicos em ciência da informação quântica geralmente avaliam novas propostas de qubits com base em provas matemáticas rigorosas de controle de estado, modelagem detalhada de ruído e viabilidade sob condições padrão de laboratório.

Especialistas da indústria observam que traduzir conceitos de hélio superfluido para hardware físico impõe desafios únicos de microfluídica e engenharia criogênica. Operar sistemas de hélio líquido em temperaturas de millikelvin dentro de refrigeradores de diluição requer gerenciamento de pressão ultrapreciso, amortecimento acústico especializado e sistemas microeletromecânicos (MEMS) avançados para manipular o fluido sem introduzir turbulência mecânica.

Além disso, organismos públicos de pesquisa no United Kingdom — operando sob a National Quantum Strategy de £2.5 billion do governo — têm priorizado cada vez mais projetos que unem a física teórica à fabricação prática. Observadores da comunidade esperam que especialistas em hardware quântico examinem minuciosamente a proposta da equipe de Surrey em futuros simpósios acadêmicos para avaliar se o projeto pode se integrar perfeitamente com a eletrônica de controle de micro-ondas ou sistemas de leitura óptica existentes.

## What we don't know yet Vários detalhes técnicos permanecem não confirmados em relação ao projeto de qubit da University of Surrey: - O mecanismo físico exato usado para codificar estados quânticos dentro ou acima do meio de hélio superfluido (por exemplo, se o qubit utiliza estados de spin eletrônico, ondas acústicas de superfície ou linhas de vórtice quantizadas) não está totalmente detalhado no relatório preliminar. - O projeto ainda não publicou medições empíricas para o tempo de relaxação de energia (T1) ou tempo de desfocagem (T2), uma vez que essas métricas exigem prototipagem física e testes em ambiente criogênico. - A arquitetura de controle precisa para realizar operações de porta de um único qubit e de dois qubits permanece não verificada. Não está claro se a manipulação de estado dependerá de pulsos de radiofrequência, ressonadores de micro-ondas ou pinças ópticas de laser focalizado. - A compatibilidade do projeto com os processos padrão de fabricação de semicondutores permanece desconhecida. Os desenvolvedores devem estabelecer se as células de qubit de hélio superfluido podem ser produzidas em massa em wafers de silício ou safira, juntamente com circuitos de leitura clássicos.

## What to watch Os principais desenvolvimentos a serem monitorados nos próximos meses incluem: - A publicação formal do artigo revisado por pares da equipe de pesquisa de Surrey em um periódico acadêmico de destaque, que descreverá a estrutura matemática completa, os parâmetros físicos e a geometria do dispositivo. - Apresentações da equipe da University of Surrey em conferências internacionais de física, como o March Meeting da American Physical Society (APS), onde cientistas independentes analisarão a modelagem teórica. - Anúncios de concessão de bolsas de acompanhamento ou parcerias industriais com o objetivo de construir o primeiro protótipo físico do qubit de hélio superfluido. - Esforços experimentais de centros de pesquisa quântica e criogênica concorrentes que buscam replicar ou adaptar substratos de hélio superfluido para o isolamento de estados quânticos.

Este relato é baseado em reportagem original do phys.org.