Em laboratórios de todo o mundo, os qubits supercondutores comportam-se de maneiras diferentes, mesmo quando fabricados segundo o mesmo esquema e com os mesmos materiais. Alguns conservam o estado quântico por mais tempo, outros perdem-no mais depressa — e, até há pouco tempo, a causa continuava a ser um enigma.
Investigadores do centro SQMS, no Fermilab, realizaram o maior estudo cego até hoje de 22 qubits transmon criados em três instituições. Sete métodos de análise de materiais e seis organizações parceiras permitiram relacionar particularidades microscópicas com o desempenho real dos dispositivos.
Os principais culpados revelaram-se três detalhes: a espessura da camada de óxido à superfície, o ângulo das paredes laterais após o ataque químico e a profundidade dos sulcos em torno dos elétrodos. Até uma diferença de um nanómetro na espessura do óxido alterava sensivelmente o tempo de coerência.
O ângulo das paredes influencia a intensidade com que o campo elétrico penetra nos óxidos «sujos». Um ângulo mais agudo — cerca de 10–15 graus — reduz as perdas e melhora o desempenho em 20–30 por cento em comparação com um chanfro mais suave.
A profundidade dos sulcos também é importante: abaixo de cerca de 20 nanómetros, pequenos desvios afetam fortemente o resultado, ao passo que, com maior profundidade, o efeito satura-se. Estes parâmetros dependem diretamente das etapas de fabrico.
Curiosamente, os defeitos visíveis a olho nu — riscos ou partículas — não mostraram qualquer relação com a dispersão do desempenho. O que decide são precisamente as particularidades à escala nanométrica da química da superfície e da geometria.
Os resultados dão aos fabricantes orientações claras: controlar a espessura do óxido, o ângulo do ataque químico e a profundidade dos sulcos. É um passo rumo a processadores quânticos reprodutíveis e fiáveis.
O trabalho foi publicado na Applied Physics Reviews e abre caminho ao melhoramento direcionado dos materiais para os futuros computadores quânticos.
