Pesquisadores da empresa de computação quântica Quantinuum usaram sua nova máquina Helios-1 para executar a maior simulação quântica até o momento do modelo Fermi-Hubbard, um framework central para entender a supercondutividade. O experimento envolveu 36 férmions e demonstrou o pareamento de partículas desencadeado por um pulso de laser. Esse avanço destaca o potencial dos computadores quânticos na ciência dos materiais, embora desafios permaneçam.
Supercondutores, que conduzem eletricidade com eficiência perfeita, operam atualmente apenas em temperaturas muito baixas, limitando seu uso prático. Físicos há muito buscam maneiras de possibilitar a supercondutividade em temperatura ambiente, frequentemente recorrendo ao modelo Fermi-Hubbard —um framework matemático que remonta à década de 1960— para insights. Como observa Henrik Dreyer, da Quantinuum, este modelo é "um dos mais importantes em toda a física da matéria condensada".
Computadores convencionais podem simular o modelo de forma eficaz em escalas pequenas, mas falham com amostras maiores ou mudanças dinâmicas ao longo do tempo. Para lidar com isso, Dreyer e colegas empregaram o Helios-1, um computador quântico com 98 qubits feitos de íons de bário, manipulados por lasers e campos eletromagnéticos. Em seu experimento, simularam 36 férmions —partículas centrais para supercondutores— e iniciaram o pareamento aplicando um pulso de laser aos qubits. As medições revelaram sinais desse pareamento, capturando um processo dinâmico desafiador para métodos clássicos além de poucas partículas.
A simulação levou algumas horas no Helios-1, enquanto abordagens clássicas produziram resultados não confiáveis ou tempos indeterminadamente longos. "Para os métodos que tentamos, foi impossível obter os mesmos resultados de forma confiável; estávamos olhando para algumas horas em um computador quântico e um grande ponto de interrogação no lado clássico", disse Dreyer. A confiabilidade do Helios-1 decorre de seus qubits, que em testes sustentaram 94 qubits resistentes a erros ligados por entrelaçamento quântico —um recorde no campo.
Especialistas elogiam o trabalho, mas pedem cautela. Eduardo Ibarra García Padilla, da Harvey Mudd College, chama os resultados de promissores, mas necessitando de benchmarking contra simulações clássicas de ponta. Steve White, da University of California, Irvine, vê ferramentas quânticas como potencialmente complementares para estudar comportamentos dinâmicos de materiais, embora barreiras em estágio inicial persistam. "Eles estão a caminho de se tornarem ferramentas de simulação úteis na [física] da matéria condensada", disse White, "mas ainda estão nos estágios iniciais".
O estudo, detalhado no arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2511.02125), marca progresso em direção a vantagens quânticas na elucidação da supercondutividade.