Teletransporte quântico movimenta operação lógica inteira

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/06/2019

Depois do teletransporte, a operação lógica continuou funcionando em até 87% das vezes. [Imagem: Wan et al. - 10.1126/science.aaw9415]

Teletransporte da vida real

O teletransporte quânticotransfere dados de um sistema quântico (como um íon) para outro (um segundo íon), mesmo que os dois estejam completamente isolados um do outro.

Nesta forma de teletransporte da vida real, apenas a informação quântica é transportada, e não a matéria - ao contrário da versão de Jornada nas Estrelas de "irradiar" seres humanos inteiros de uma espaçonave para um planeta.

O teletransporte de dados quânticos já foi demonstrado anteriormente com íons e uma variedade de outros sistemas, incluindo um teletransporte por fibra óptica a 6 km de distância.

Agora, físicos conseguiram teletransportar não apenas um dado, mas uma operação lógica completa entre dois íons separados (átomos eletricamente carregados), mostrando como os programas dos computadores quânticos do futuro poderão realizar tarefas em redes de larga escala.

"Verificamos que nossa operação lógica funciona em todos os estados de entrada de dois bits quânticos com 85 a 87% de probabilidade - longe de ser perfeita, mas é um começo," disse o professor Dietrich Leibfried, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA.

O trabalho contou com a participação da professora Hilma Vasconcelos, da Universidade Federal do Ceará.

Teletransporte de operações lógicas

Para que os computadores quânticos tenham o desempenho esperado, eles provavelmente precisarão de milhões de bits quânticos, ou "qubits", além de maneiras de conduzir operações entre qubits distribuídos em máquinas e redes de larga escala.

O teletransporte de operações lógicas é uma maneira de fazer isso sem conexões diretas de natureza quântica - conexões físicas para a troca de informações clássicas provavelmente ainda serão necessárias.

A equipe teletransportou uma operação lógica "NOT controlada" (CNOT) entre dois qubits de íons de berílio situados a mais de 340 micrômetros um do outro, uma distância que exclui qualquer interação direta substancial.

Uma operação lógica CNOT inverte o segundo qubit de 0 para 1, ou vice-versa, somente se o primeiro qubit for 1; nada acontece se o primeiro qubit for 0. De um modo quântico típico, os dois qubits podem estar em "superposição", na qual eles têm valores de 1 e 0 ao mesmo tempo.

Mas o processo de teletransporte depende de outro fenômeno quântico, o entrelaçamento, que "conecta" as propriedades das partículas mesmo quando elas estão separadas. Um par mensageiro de íons de magnésio entrelaçados é usado para transferir as informações entre os íons de berílio.

O teletransporte usa partículas mensageiras para levar as informações quânticas. [Imagem: NIST]

Tabela verdade quântica

O processo CNOT teletransportado entrelaçou os dois íons de magnésio - um passo prévio essencial - com uma taxa de sucesso de 95%, enquanto o teletransporte da operação lógica completa teve sucesso de 85% a 87% das tentativas.

Para verificar se a porta CNOT continuava funcionando depois de ser teletransportada, os pesquisadores prepararam o primeiro qubit em 16 combinações diferentes de estados de entrada e mediram as saídas no segundo qubit. Isso produziu uma tabela verdade quântica generalizada, mostrando que o processo funciona.

Esta técnica deverá se tornar uma ferramenta importante na caracterização de processos de informação quântica em experimentos futuros.

Bibliografia:

Quantum gate teleportation between separated qubits in a trapped-ion processor
Yong Wan, Daniel Kienzler, Stephen D. Erickson, Karl H. Mayer, Ting Rei Tan, Jenny J. Wu, Hilma M. Vasconcelos, Scott Glancy, Emanuel Knill, David J. Wineland, Andrew C. Wilson, Dietrich Leibfried
Science
Vol.: 364, Issue 6443, pp. 875-878
DOI: 10.1126/science.aaw9415