MADRID 25 set. (EUROPA PRESS) -
Os físicos do Caltech criaram a maior matriz cúbica já montada: 6.100 cúbitos de átomos neutros presos em uma grade por lasers. As anteriores continham apenas centenas de cúbitos.
Esse marco ocorre em meio a uma corrida crescente para aumentar a escala dos computadores quânticos. Há várias abordagens em desenvolvimento, incluindo aquelas baseadas em circuitos supercondutores, íons aprisionados e átomos neutros, como os usados no novo estudo.
Os computadores quânticos precisarão de um grande número de cúbitos para lidar com problemas complexos em física, química e outras disciplinas. Ao contrário dos bits clássicos, os cubos podem existir em dois estados ao mesmo tempo, um fenômeno chamado de superposição. Essa peculiaridade da física quântica dá aos computadores quânticos a capacidade de realizar determinados cálculos complexos melhor do que seus equivalentes clássicos, mas também significa que os cubos são frágeis.
Para compensar isso, os pesquisadores estão construindo computadores quânticos com cubos adicionais e redundantes para corrigir quaisquer erros. Portanto, computadores quânticos robustos exigirão centenas de milhares de cubos.
"Este é um momento empolgante para a computação quântica de átomos neutros", disse Manuel Endres, professor de física da Caltech, em um comunicado. "Agora podemos vislumbrar um caminho para computadores quânticos grandes e com correção de erros. Os fundamentos estão prontos. Endres é o principal pesquisador da pesquisa publicada na Nature. Três estudantes de pós-graduação do Caltech lideraram o estudo: Hannah Manetsch, Gyohei Nomura e Elie Bataille.
CONSIDERADO COM UMA PITADA DE SAL
A equipe usou pinças ópticas (feixes de laser altamente focados) para prender milhares de átomos de césio individuais em uma grade. Para construir a matriz de átomos, os pesquisadores dividiram um feixe de laser em 12.000 pinças que, juntas, mantiveram 6.100 átomos em uma câmara de vácuo. "Na tela, podemos ver cada côvado como um ponto de luz", diz Manetsch. É uma imagem impressionante do hardware quântico em grande escala.
Uma conquista importante foi mostrar que essa escala maior não foi obtida à custa da qualidade. Mesmo com mais de 6.000 cubos em uma única matriz, a equipe os manteve em superposição por cerca de 13 segundos - quase 10 vezes mais do que era possível em matrizes semelhantes anteriores - enquanto manipulava cubos individuais com 99,98% de precisão.
"Muitas vezes, pensa-se que a grande escala, com mais átomos, tem o custo da precisão, mas nossos resultados mostram que podemos alcançar ambos", diz Nomura. "Os cúbitos não são úteis sem qualidade. Agora temos quantidade e qualidade.
A equipe também demonstrou que poderia mover os átomos centenas de micrômetros ao longo da matriz, mantendo a sobreposição. A capacidade de mover os cubos é um recurso fundamental dos computadores quânticos de átomos neutros, permitindo uma correção de erros mais eficiente em comparação com as plataformas de fiação física tradicionais, como os cubos supercondutores.
Manetsch compara a tarefa de mover átomos individuais e, ao mesmo tempo, mantê-los em um estado de superposição, a equilibrar um copo de água enquanto corre. "Tentar segurar um átomo enquanto ele se move é como tentar evitar que o copo tombe. Tentar manter o átomo em um estado de superposição é como tomar cuidado para não correr tão rápido que a água respingue", diz ele.
O próximo grande marco no campo é implementar a correção de erros quânticos na escala de milhares de cúbitos físicos, e esse trabalho mostra que os átomos neutros são um forte candidato para conseguir isso.
"Os computadores quânticos terão de codificar as informações de forma tolerante a erros, para que possamos realizar cálculos de valores", diz Bataille. "Ao contrário dos computadores clássicos, os cúbitos não podem ser simplesmente copiados devido ao chamado teorema da não clonagem, de modo que a correção de erros deve depender de estratégias mais sutis.
Para o futuro, os pesquisadores planejam ligar os cubos em sua matriz em um estado emaranhado, no qual as partículas se correlacionam e se comportam como uma só. O entrelaçamento é uma etapa necessária para que os computadores quânticos possam ir além do simples armazenamento de informações em superposição; isso permitirá que eles comecem a realizar cálculos quânticos completos. É também o que dá aos computadores quânticos seu poder máximo: a capacidade de simular a própria natureza, onde o entrelaçamento molda o comportamento da matéria em todas as escalas.
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