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Ruído no ponto certo protege dados de computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  02/07/2018

O tão indesejado ruído ajudou a proteger os dados guardados nos qubits. [Imagem: Takashi Nakajima et al. - 10.1038/s41467-018-04544-7]

Ruído quântico

Você também deve ter-se decepcionado com os resultados do primeiro teste comparativo de computadores quânticos.

O problema é que os estados quânticos são muito sensíveis, e qualquer interferência gera um ruído suficiente para fazer os qubits perderem os dados. E, quando os bits estão na dimensão dos átomos, há sempre algo por perto com capacidade para importunar.

Curiosamente, uma equipe do Centro Riken para Ciência de Matéria Emergente, no Japão, acaba de usar justamente o indesejável ruído para proteger os qubits.

Mais especificamente, Takashi Nakajima e seus colegas usaram a defasagem para manter a coerência quântica em um sistema de três qubits - normalmente a defasagem causa decoerência, ou perda de dados, nos sistemas quânticos.

O resultado é melhor do que um qubit "vestido" eletromagneticamentecriado por uma equipe da Austrália.

Quântico, mas macroscópico

Os fenômenos quânticos são geralmente restritos ao nível atômico, mas há casos - como o laser e a supercondutividade - em que a coerência dos fenômenos quânticos permite que eles se expressem em nível macroscópico.

Isso é importante também para o desenvolvimento dos computadores quânticos, mas não elimina o fato de que eles são extremamente sensíveis ao meio ambiente - pense nos átomos da atmosfera interagindo com os qubits.

Nakajima inicialmente configurou um sistema de três pontos quânticos nos quais os spins dos elétrons funcionam como qubits, sendo controlados individualmente com um campo elétrico. Ele começou com dois spins de elétrons entrelaçados em um dos pontos quânticos numa das extremidades e transferiu um dos spins para o ponto central vazio. A seguir, o spin do ponto central foi trocado - usando pulsos elétricos - com um terceiro spin no ponto da outra extremidade, de forma que o terceiro spin estava agora entrelaçado com o primeiro.

Reforço pelo ruído

Ocorre que o entrelaçamento ficou mais forte do que o esperado. A equipe fez então simulações computadorizadas que mostraram que é o ruído ambiental que, paradoxalmente, ajuda o emaranhamento a se formar e manter.

"Nós descobrimos que isso deriva de um fenômeno conhecido como 'paradoxo quântico de Zeno', ou 'paradoxo de Turing', o que significa que podemos diminuir a energia de um sistema quântico pelo simples ato de observá-lo com frequência. Isso é interessante, uma vez que leva ao ruído ambiental, que normalmente torna um sistema incoerente. Aqui, ele torna o sistema mais coerente," explicou Nakajima.

"Esta é uma descoberta muito interessante, já que ela pode potencialmente ajudar a acelerar a pesquisa sobre o escalonamento dos computadores quânticos semicondutores, permitindo-nos resolver problemas científicos que são complicados demais para os computadores convencionais," disse o professor Seigo Tarucha.

"Outra área que é muito interessante para mim é que uma variedade de sistemas biológicos, como a fotossíntese, que operam dentro de um ambiente muito ruidoso, tiram proveito da coerência quântica macroscópica, e é interessante ponderar se um processo semelhante pode estar ocorrendo," acrescentou Nakajima.

Bibliografia:

Coherent transfer of electron spin correlations assisted by dephasing noise
Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Akito Noiri, Kenta Takeda, Giles Allison, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, Xuedong Hu, Franco Nori, Seigo Tarucha
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 2133
DOI: 10.1038/s41467-018-04544-7