Os cientistas estão mais perto de construir um computador quântico capaz de resolver virtualmente qualquer equação

Por Nick Gallagher

24 de março de 2021

O campo da computação quântica está prestes a dar um salto adiante. (AP Photo / Seth Wenig)

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia usaram fios de fibra ótica para monitorar e medir uma unidade básica de informação quântica, um passo em direção à construção de um computador que poderia um dia processar códigos complexos e fórmulas matemáticas de alto nível com a ajuda da mecânica quântica.

O estudo, publicado na Nature em 24 de março, reuniu cientistas das áreas de física quântica e óptica para realizar testes em qubits, partículas elementares que armazenam informações para a computação quântica – o equivalente aos bits usados ​​em computadores comuns. Anteriormente, só era possível armazenar qubits em sistemas alimentados por cabos coaxiais baseados em metal, que são menos eficientes e sujeitos a superaquecimento.

O experimento exigiu que os pesquisadores traduzissem as partículas de luz em pulsos de micro-ondas que pudessem medir e interagir com o qubit combinando sua frequência ressonante, a taxa de oscilação na qual os qubits podem mudar entre os estados animado e fundamental.

“Eu realmente não tinha pensado em usar [a tecnologia ótica] para qubits até que as conversas no café começaram. A ótica pode trazer alguma coisa para lidar com esse problema?” Frank Quinlan, um pesquisador do NIST que se concentra em tecnologia óptica, lembra de ter perguntado a seus colegas. “Ter pessoas por perto que você encontra e apenas fala sobre coisas – experimentos nascem disso.”

Os computadores tradicionais operam com um sistema binário, no qual cada dado pode ser representado por um zero ou um. Mas os computadores quânticos incorporam propriedades únicas, como a teoria da superposição, para ocupar as posições zero e um simultaneamente

E enquanto os computadores padrão resolvem problemas experimentando todas as opções possíveis antes de determinar o caminho correto a seguir, os computadores quânticos têm a vantagem de testar vários caminhos ao mesmo tempo. Se mais qubits são adicionados ao sistema, o poder de um computador quântico aumenta exponencialmente, preparando a base para sistemas capazes de interpretar algoritmos que, de outra forma, levariam centenas de anos para serem resolvidos.

Os computadores quânticos atuais são úteis para responder a questões teóricas, mas ainda não são capazes de realizar tarefas organizacionais ou matemáticas práticas

O estudo do NIST, por exemplo, foi conduzido em um ambiente de laboratório altamente controlado com um laser interagindo com um qubit – mais uma prova de conceito do que uma ferramenta viável. Florent Lecocq, pesquisador associado do NIST que ajudou a redigir o artigo, disse que, embora os cientistas estejam se movendo em um ritmo constante, a aplicação prática dos computadores quânticos ainda pode levar algumas décadas

A previsão, a partir de hoje com a tecnologia atual, é que para fazer um computador quântico útil, precisaremos de cerca de um milhão de qubits“, disse Lecocq ao The Academic Times. “Depois de ter isso, você entra no reino de ser capaz de fazer simulações de reações químicas que não podemos fazer com computadores normais.” 

Essas simulações podem oferecer aos químicos uma nova visão sobre como as substâncias operam em um nível quântico, um reino que é notoriamente difícil de rastrear e observar. Google , IBM e vários órgãos governamentais esperam utilizar computadores quânticos para quebrar códigos criptográficos de alto nível e resolver equações matemáticas complexas.

Embora existam diferentes métodos para colocar partículas em superposição, os cientistas do NIST criaram seu sistema usando a tecnologia de supercondutores, que deve ocorrer em temperaturas próximas do zero absoluto, a temperatura mais baixa possível, a –273,15 graus Celsius ou –459,67 graus Fahrenheit. Mas os supercondutores geralmente dependem de refrigeradores que consomem muita energia para manter as temperaturas baixas. 

Uma vez que os qubits perdem sua superposição quando expostos à luz, o uso de cabos de fibra pode parecer à primeira vista contra-intuitivo. Mas os benefícios da utilização de tecnologia de fibra, como o tipo usado em redes de Internet de alta velocidade, são duas vezes: as fibras de vidro e de plástico são capazes de transportar dados em velocidades mais altas do que os cabos coaxiais tradicionais e também estão melhor equipadas para lidar com as temperaturas criogênicas necessárias para manter a maioria dos sistemas supercondutores.

A equipe descobriu que o sistema podia identificar com precisão o estado do qubit 98% das vezes, o que era uma taxa equivalente à tecnologia coaxial comum. Em seguida, eles pretendem aumentar sua operação para ver como vários qubits reagirão sob as mesmas condições.

Os pesquisadores encontraram o sucesso não ao descobrir um novo mecanismo oculto para transformar a energia, mas ao reavaliar tecnologias que já estão amplamente disponíveis, de acordo com o físico do NIST John Teufel. A abordagem dos cientistas também permitiu que eles ampliassem o comportamento de uma única partícula para identificar mais facilmente suas propriedades quânticas.

“É incrível que você possa pegar essa tecnologia cotidiana e fazê-la se comportar mecanicamente como um átomo individual ou um elétron”, disse Teufel. “Essa é de alguma forma a parte surpreendente e muito do que a fronteira abrange.”

O estudo, “Controle e leitura de um qubit supercondutor usando um link fotônico” publicado em 25 de março na Nature, foi escrito por John D. Teufel, Scott A. Diddams, Katarina Cicak, Florent Lecocq, Frank Quinlan e Joe Aumentado, Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia.

Para ler esse artigo no original copie e cole em seu navegador o link abaixo:

https://academictimes.com/scientists-come-closer-to-building-quantum-computer-capable-of-solving-virtually-any-equation/

 

 

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