Cientistas definem estratégia para criar qubits melhores e mais rápidos a fim de tornar computadores quânticos mais estáveis

Postado em 28/01/2021 por Maria Heloísa

Computação quântica

Manuel Grimm é um físico teórico do Instituto Paul Scherrer e trabalha nos fundamentos teóricos necessários para a construção de futuros computadores quânticos.
CRÉDITO: Instituto Paul Scherrer / Markus Fischer

Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) apresentaram um plano detalhado de como bits quânticos – qubits – mais rápidos e mais específicos podem ser criados, de acordo com um comunicado à imprensa feito pelo instituto de pesquisa suíço.

Os elementos centrais são átomos magnéticos da classe dos chamados metais de terras raras (majoritariamente lantanídeos), que seriam implantados seletivamente na estrutura cristalina de um material. Cada um desses átomos representa um qubit. Os pesquisadores demonstraram como esses qubits podem ser ativados, emaranhados, usados ​​como bits de memória e interpretados. Eles já publicaram seu conceito de design e seus cálculos de apoio na revista PRX Quantum.

No caminho para alcançar os computadores quânticos, um requisito inicial é criar os chamados bits quânticos ou “qubits”: bits de memória que podem, ao contrário dos bits clássicos, assumir não apenas os valores binários de zero e um, mas também qualquer combinação arbitrária desses estados.

“Com isso, um tipo completamente novo de computação e processamento de dados torna-se viável, o que para aplicações específicas significa uma enorme aceleração do poder de computação”

explica o pesquisador do Instituto Paul Scherrer, Manuel Grimm, primeiro autor de um artigo recente sobre a temática dos qubits.

Os autores descrevem como bits lógicos e operações computacionais básicas neles aplicadas podem ser realizadas em um sólido magnético: os qubits residiriam em átomos individuais pertencentes à classe dos elementos de terras raras, incorporados na estrutura cristalina de um material hospedeiro. Com base na física quântica, os autores calculam que o spin nuclear dos átomos de terras raras seria adequado para uso como portador de informações, ou seja, como um qubit. Eles propõem ainda que os pulsos de laser direcionados poderiam transferir momentaneamente a informação para os elétrons do átomo e, assim, ativar os qubits, de modo que sua informação se torne visível para os átomos circundantes. Dois desses qubits ativados comunicam-se entre si e, assim, podem ser “emaranhados”. Emaranhamento é uma propriedade especial dos sistemas quânticos de múltiplas partículas que é essencial para os computadores quânticos: o resultado da medição de um qubit depende diretamente dos resultados da medição de outros qubits e vice-versa.

Mais rápido” significa “menos sujeito a erros

Os pesquisadores demonstram como esses qubits podem ser usados ​​para produzir portas lógicas, mais notavelmente a “porta NOT controlada” (porta CNOT). As portas lógicas são os elementos estruturais básicos que os computadores clássicos também usam para realizar cálculos. Se um número suficiente de portas CNOT, bem como portas de um qubit, forem combinadas, todas as operações computacionais concebíveis tornam-se possíveis. Portanto, elas formam a base dos computadores quânticos.

Este artigo não é o primeiro a propor portas lógicas quânticas.

“Nosso método de ativação e emaranhamento dos qubits, no entanto, tem uma vantagem decisiva sobre propostas semelhantes ​​feitas anteriormente: ele é pelo menos dez vezes mais rápido”

afirma Grimm.

A vantagem, porém, não é apenas a velocidade com que um computador quântico baseado nesta abordagem poderia calcular; acima de tudo, trata-se da suscetibilidade do sistema a erros.

“Qubits não são muito estáveis. Se os processos de emaranhamento forem muito lentos, há uma probabilidade maior de que alguns dos qubits percam suas informações nesse meio tempo ”

explica Grimm.

Em última análise, o que os pesquisadores do Instituto Paul Scherrer descobriram é uma maneira de tornar esse tipo de computador quântico não apenas dez vezes mais rápido que sistemas semelhantes (no mínimo), mas também deixá-lo menos sujeito a erros devido ao mesmo fator.

Tradução autorizada de texto publicado pelo The Quantum Daily. Disponível em: https://thequantumdaily.com/2021/01/25/scientists-plot-out-plan-to-create-faster-better-qubits-for-more-stable-quantum-computers/. Acesso em 26 de janeiro de 2021.

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