Processador quântico bate recorde com 20 qubits superpostos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/08/2019

Os 20 qubits são mantidos em linha, seguros por pinças ópticas.
[Imagem: A. Omran et al. - 10.1126/science.aax9743]

Recorde de qubits

Os primeiros processadores quânticos experimentais atingiram o recorde de 20 qubits em superposição.

Embora já existam processadores com pouco mais de 50 qubits, aqueles são bits quânticos isolados, enquanto este novo recorde usou qubits em superposição, similares ao gato de Schrodinger, o que significa que eles tiram proveito total do potencial da mecânica quântica.

Por mais famosos que tenham se tornado, mesmo entre os não-especialistas, os gatos de Schrodinger não são bichos fáceis de se lidar.

Muito longe do comportamento dos seus equivalentes bichanos, essas partículas quânticas capazes de manterem um estado de superposição - de modo simples, estarem em dois estados ao mesmo tempo - podem gostar de qualquer coisa, menos de ficar quietinhas no lugar enquanto você mexe com elas.

Partículas quânticas no estado de superposição são os qubits preferidos para os computadores quânticos, justamente porque, estando em vários estados simultaneamente, podem armazenar e processar vários valores em paralelo ao mesmo tempo.

"No entanto, esses estados de gato são extremamente sensíveis. Mesmo as menores interações térmicas com o meio ambiente fazem com que eles colapsem. Por isso, só é possível lidar com significativamente menos bits quânticos nos estados de gato de Schrodinger do que aqueles que existem independentemente uns dos outros," explica Tommaso Calarco, do Centro de Pesquisas Julich, na Alemanha.

De fato, enquanto o recorde de manipulação já chegou aos 50 qubits independentes, o recorde de 14 qubits superpostos durava desde 2011.

Agora, a equipe de Calarco, em colaboração com uma equipe da China, que apresentou seus resultados separadamente, conseguiu superar essa marca, manipulando simultaneamente 20 qubits em estado de superposição.

O simulador supercondutor só atingiu 18 qubits, mas esta abordagem é mais promissora para computadores quânticos práticos.
[Imagem: Chao Song et al. - 10.1126/science.aay0600]

Recordes de 18 e 20 qubits

Os pesquisadores alemães usaram um simulador quântico programável baseado em matrizes de átomos de Rydberg. Os átomos individuais, neste caso átomos do elemento rubídio, são capturados por feixes de laser e mantidos lado a lado em fila - a técnica também é conhecida como pinça óptica. Um laser adicional energiza os átomos até que eles atinjam o estado de Rydberg, no qual os elétrons ficam localizados muito além do núcleo.

Este processo é bastante complicado e geralmente leva muito tempo, de forma que o delicado estado gato de Schrodinger é destruído antes mesmo de ser medido. A equipe resolveu esse problema ligando e desligando os lasers na velocidade precisa, conseguindo acelerar o processo de preparação, o que tornou possível lidar com os qubits antes que eles perdessem os dados.

"Nós praticamente inflamos alguns átomos de tal forma que suas conchas atômicas se mesclam com os átomos adjacentes para formar simultaneamente duas configurações opostas, ou seja, excitações ocupando todos os locais pares ou ímpares. Isso vai tão longe que as funções de onda se sobrepõem, como na analogia do gato de Schrodinger, e fomos capazes de criar a superposição das configurações opostas, que também é conhecida como o estado de Greenberger-Horne-Zeilinger," explicou o pesquisador Jian Cui.

Usando circuitos quânticos supercondutores, uma abordagem mais simples e mais promissora para os futuros computadores quânticos, a equipe da Universidade de Zhejiang, na China, conseguiu criar 18 qubits no estado de Greenberger-Horne-Zeilinger, que também é um novo recorde para essa abordagem experimental.

Bibliografia:

Artigo: Generation and manipulation of Schrödinger cat states in Rydberg atom arrays
Autores: A. Omran, H. Levine, A. Keesling, G. Semeghini, T. T. Wang, S. Ebadi, H. Bernien, A. S. Zibrov, H. Pichler, S. Choi, J. Cui, M. Rossignolo, P. Rembold, S. Montangero, T. Calarco, M. Endres, M. Greiner, V. Vuleti, M. D. Lukin
Revista: Science
DOI: 10.1126/science.aax9743

Artigo: Generation of multicomponent atomic Schrödinger cat states of up to 20 qubits
Autores: Chao Song, Kai Xu, Hekang Li, Yu-Ran Zhang, Xu Zhang, Wuxin Liu, Qiujiang Guo, Zhen Wang, Wenhui Ren, Jie Hao, Hui Feng, Heng Fan, Dongning Zheng, Da-Wei Wang, H. Wang, Shi-Yao Zhu
Revista: Science
DOI: 10.1126/science.aay0600