Alguns computadores quânticos que usam circuitos supercondutores resfriam o processador a cerca de 10 a 20 milikelvin: apenas 0,01 a 0,02 °C acima do zero absoluto. Essa temperatura não é necessária para todas as tecnologias quânticas, mas é uma condição de operação dessa plataforma, que precisa reduzir o calor e as perturbações capazes de alterar seus delicados estados quânticos.
A IBM descreve o funcionamento de seus sistemas supercondutores e o uso de refrigeradores de diluição no artigo «IBM’s new modular architecture for cryogenic systems», publicado em 19 de agosto de 2026 e assinado por Catherine Dundon, Shawn Hall, Matthew Hollister e Allie Lindler. A empresa informa que seus novos módulos criogênicos atingiram temperaturas abaixo de 15 milikelvin; esse é um dado de um sistema da IBM, não um valor universal para todos os processadores quânticos.
Qubits supercondutores precisam reduzir as excitações térmicas
Em um processador convencional, a informação é representada por bits que assumem o valor zero ou um. Em um circuito quântico supercondutor, os qubits são fabricados com componentes elétricos supercondutores, entre eles junções Josephson, e controlados por sinais de micro-ondas. O resfriamento extremo ajuda a mantê-los em seus estados de baixa energia antes da aplicação das operações: se o calor fornecer energia suficiente, poderá excitar os qubits e afetar o cálculo.
A refrigeração também reduz o ruído térmico que chega ao chip. Isso não significa que o processador fique imune a erros: a temperatura é apenas parte do controle experimental, que inclui ainda o isolamento contra interferências e o projeto dos sinais. A IBM informa que seus processadores são testados em refrigeradores de diluição a cerca de 15 milikelvin, enquanto um guia técnico do Google Quantum AI situa alguns sistemas supercondutores perto de 10 milikelvin. Esses exemplos indicam uma faixa de operação, não uma exigência comum a todas as arquiteturas quânticas.
O refrigerador de diluição resfria o sistema com uma mistura de hélio-3 e hélio-4
A máquina que produz essas temperaturas costuma parecer uma estrutura metálica suspensa em etapas, instalada dentro de um recipiente isolado a vácuo. O resfriamento não ocorre de uma só vez, desde a temperatura ambiente: o equipamento passa por diferentes níveis de refrigeração, com placas e conexões que vão retirando calor até chegar à câmara inferior, onde fica o processador.
Na etapa final, o refrigerador faz circular uma mistura de hélio-3 e hélio-4. Abaixo de aproximadamente 0,87 kelvin, a mistura se separa em uma fase concentrada, rica em hélio-3, e outra diluída, composta principalmente por hélio-4. Ao passar da fase concentrada para a diluída, o hélio-3 absorve energia térmica do ambiente. Essa troca contínua mantém fria a câmara de mistura. A Universidade de Oxford descreve o princípio como um ciclo: o hélio-3 é retirado da fase diluída, e mais hélio-3 atravessa a fronteira entre as fases para repor o que foi retirado, absorvendo calor nesse processo.
O isótopo hélio-4 não é simplesmente um combustível consumido: ele participa da fase diluída que viabiliza o processo. O hélio-3 circula pelo sistema, é separado e bombeado, e volta a passar por trocadores de calor antes de retornar à câmara. O material explicativo do Centro SQMS do Fermilab detalha essa circulação e a função da câmara de mistura. Como se trata de um circuito fechado, o resfriamento depende da manutenção do ciclo e da limitação do calor que entra no refrigerador.
Cabos e filtros também fazem parte do sistema criogênico
O chip não pode funcionar desconectado: precisa receber pulsos de controle e enviar sinais de leitura. Por isso, o refrigerador contém cabos que atravessam vários estágios de temperatura, além de filtros e componentes que ajudam a controlar o ruído dos sinais. Cada conexão pode conduzir calor do exterior, por isso o sistema precisa equilibrar a comunicação com o isolamento térmico.
A forma de “lâmpada metálica” corresponde às placas e aos suportes dispostos em etapas de alguns refrigeradores, não ao próprio processador. Nos projetos da IBM, o chip fica na região mais fria do conjunto, enquanto outras partes de controle e processamento clássico podem ficar fora da câmara criogênica. Essa separação permite manter os qubits perto de 0,02 °C acima do zero absoluto sem exigir que o computador inteiro funcione nessa temperatura.
