Um novo sistema desenvolvido por pesquisadores da Universidade Chalmers supera as principais limitações em

“data-gt-translate-atributos=”[{[{“atributo”:”dados-cmtooltip”, “formatar”:”HTML->”}]” tabindex=”0″ role=”link”>computação quânticapermitindo cálculos mais duráveis ​​e resistentes a erros.

Os computadores quânticos enfrentam um desafio significativo devido a um problema de trade-off. Sistemas capazes de executar operações complexas são mais propensos a erros e ruído, enquanto aqueles que são mais bem protegidos contra ruído tendem a ser mais lentos e menos eficientes em computação.

Agora, uma equipe de pesquisa de Universidade de Tecnologia Chalmersna Suécia, criou um sistema exclusivo que combate o dilema, abrindo caminho para tempos de computação mais longos e computadores quânticos mais robustos.

Para que o impacto dos computadores quânticos seja percebido na sociedade, os pesquisadores quânticos precisam primeiro lidar com alguns obstáculos importantes. Até agora, erros e ruídos decorrentes de, por exemplo, interferência eletromagnética ou flutuações magnéticas, fazem com que os qubits sensíveis percam seus estados quânticos – e, subsequentemente, sua capacidade de continuar o cálculo.

A quantidade de tempo que um computador quântico pode trabalhar em um problema é, portanto, até agora limitada. Além disso, para que um computador quântico seja capaz de lidar com problemas complexos, os pesquisadores quânticos precisam encontrar uma maneira de controlar os estados quânticos. Como um carro sem volante, os estados quânticos podem ser considerados um tanto inúteis se não houver um sistema de controle eficiente para manipulá-los.

No entanto, o campo de pesquisa está enfrentando um problema de trade-off. Os sistemas quânticos que permitem correção de erros eficiente e tempos de computação mais longos são, por outro lado, deficientes em sua capacidade de controlar estados quânticos – e vice-versa. Mas agora uma equipe de pesquisa da

“data-gt-translate-atributos=”[{[{“atributo”:”dados-cmtooltip”, “formatar”:”HTML->”}]” tabindex=”0″ role=”link”>Universidade de Tecnologia Chalmers conseguiu encontrar uma maneira de combater esse dilema.

“Criamos um sistema que permite operações extremamente complexas em um sistema quântico multiestado, a uma velocidade sem precedentes”, diz Simone Gasparinetti, líder do laboratório 202Q na Chalmers University of Technology e autora sênior do estudo.

Desvia-se do princípio dos dois estados quânticos

Enquanto os blocos de construção de um computador clássico, bits, têm o valor 1 ou 0, os blocos de construção mais comuns de computadores quânticos, qubits, podem ter o valor 1 e 0 ao mesmo tempo – em qualquer combinação. O fenômeno é chamado de superposição e é um dos principais ingredientes que permitem que um computador quântico execute cálculos simultâneos, com enorme potencial de computação como resultado.

No entanto, qubits codificados em sistemas físicos são extremamente sensíveis a erros, o que levou pesquisadores da área a buscar maneiras de detectar e corrigir esses erros. O sistema criado pelos pesquisadores da Chalmers é baseado na chamada computação quântica de variável contínua e usa osciladores harmônicos, um tipo de componente microscópico, para codificar informações linearmente.

Os osciladores usados ​​no estudo consistem em tiras finas de material supercondutor modelado em um substrato isolante para formar ressonadores de micro-ondas, uma tecnologia totalmente compatível com os computadores quânticos supercondutores mais avançados. O método é conhecido anteriormente no campo e se afasta do princípio de dois estados quânticos, pois oferece um número muito maior de estados quânticos físicos, tornando os computadores quânticos significativamente mais bem equipados contra erros e ruídos.

“Pense em um qubit como uma lâmpada azul que, mecanicamente quântica, pode ser ligada e desligada simultaneamente. Em contraste, um sistema quântico variável contínuo é como um arco-íris infinito, oferecendo um gradiente contínuo de cores. Isso ilustra sua capacidade de acessar um vasto número de estados, fornecendo possibilidades muito mais ricas do que os dois estados do qubit”, diz Axel Eriksson, pesquisador em tecnologia quântica na Chalmers University of Technology e principal autor do estudo.

Combate o problema de compensação entre a complexidade da operação e a tolerância a falhas

Embora a computação quântica de variável contínua baseada em osciladores harmônicos permita correção de erros aprimorada, sua natureza linear não permite que operações complexas sejam realizadas. Tentativas de combinar osciladores harmônicos com sistemas de controle, como sistemas quânticos supercondutores, foram feitas, mas foram impedidas pelo chamado efeito Kerr. O efeito Kerr, por sua vez, embaralha os muitos estados quânticos oferecidos pelo oscilador, cancelando o efeito desejado.

Ao colocar um dispositivo de sistema de controle dentro do oscilador, os pesquisadores da Chalmers conseguiram contornar o efeito Kerr e combater o problema de trade-off. O sistema apresenta uma solução que preserva as vantagens dos osciladores harmônicos, como um caminho com eficiência de recursos em direção à tolerância a falhas, ao mesmo tempo em que permite o controle preciso de estados quânticos em alta velocidade. O sistema é descrito em um artigo publicado em

“data-gt-translate-atributos=”[{[{“atributo”:”dados-cmtooltip”, “formatar”:”HTML->”}]” tabindex=”0″ role=”link”>Comunicações da Natureza

e pode abrir caminho para computadores quânticos mais robustos.

“Nossa comunidade frequentemente tenta manter elementos supercondutores longe de osciladores quânticos, não embaralhar os frágeis estados quânticos. Neste trabalho, desafiamos esse paradigma. Ao incorporar um dispositivo de controle no coração do oscilador, conseguimos evitar embaralhar os muitos estados quânticos e, ao mesmo tempo, controlá-los e manipulá-los. Como resultado, demonstramos um novo conjunto de operações de gate realizadas em altíssima velocidade”, diz Simone Gasparinetti.

Referência: “Controle universal de um modo bosônico via interações cúbicas nativas ativadas por acionamento” por Axel M. Eriksson, Théo Sépulcre, Mikael Kervinen, Timo Hillmann, Marina Kudra, Simon Dupouy, Yong Lu, Maryam Khanahmadi, Jiaying Yang, Claudia Castillo-Moreno, Per Delsing e Simone Gasparinetti, 21 de março de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-46507-1

A pesquisa foi financiada pela Chalmers University of Technology.