Processadores quânticos de luz são demonstrados na prática

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/12/2019

Os feixes de luz entrelaçados em 3D permitem a realização de operações quânticas a temperatura ambiente e em escala macro.
[Imagem: Jonas S. Neergaard-Nielsen]

Processador quântico óptico

Duas equipes internacionais, trabalhando separadamente, construíram protótipos de processadores quânticos feitos de luz.

A expectativa é que os qubits formados por feixes de laser que se entrelaçam possam tornar os computadores quânticos menos sujeitos a erros e permitir a escalabilidade, ou seja, a ampliação dos processadores para um número grande de qubits.

"Embora os processadores quânticos de hoje sejam impressionantes, não está claro se os projetos atuais podem ser dimensionados para tamanhos extremamente grandes. Nossa abordagem parte de escalabilidade extrema - incorporada desde o início - porque o processador, chamado estado de cluster, é feito de luz," disse o professor Nicolas Menicucci, da Universidade RMIT, na Austrália e líder de uma das equipes.

Um estado de cluster é uma grande coleção de componentes quânticos entrelaçados que executam cálculos quânticos quando medidos de uma maneira específica - e tudo funcionando em escala macroscópica, usando componentes fotônicos normais.

As duas equipes alcançaram as duas exigências fundamentais para a operação do estado de cluster, que compreendem uma quantidade mínima de qubits e o entrelaçamento quântico na estrutura adequada para sua utilização na realização de cálculos computacionais.

Para isso, cristais especialmente projetados convertem a luz comum do laser em um tipo de luz quântica chamada luz comprimida, que é tecida em um estado de cluster por uma rede de espelhos, divisores de luz e fibras ópticas.

Embora os níveis de compressão da luz obtidos até agora - que são uma medida de qualidade do processador fotônico - sejam muito baixos para resolver problemas práticos, o design é compatível com as abordagens para atingir níveis de compressão de última geração.

"Nosso experimento demonstra que esse design é viável - e escalável," disse o professor Hidehiro Yonezawa, da Universidade de Nova Gales do Sul.

Animação mostrando a evolução temporal do esquema de geração do estado de cluster.
[Imagem: Mikkel V. Larsen]

Processador quântico a temperatura ambiente

Mikkel Larsen e seus colegas da Universidade Técnica da Dinamarca preferem chamar seu protótipo de processador quântico óptico de "tapete de luz".

Isso porque, em vez dos fios de um tapete comum, o processador é de fato uma trama cuidadosamente formada por milhares de pulsos de luz entrelaçados.

"Ao contrário dos estados de cluster tradicionais, usamos o grau temporal de liberdade para obter uma rede entrelaçada bidimensional de 30.000 pulsos de luz. A configuração experimental é realmente surpreendentemente simples. A maior parte do esforço foi no desenvolvimento da ideia da geração do estado do cluster," disse Larsen.

A equipe dinamarquesa também conseguiu fazer com que seu tapete de luz lide com o entrelaçamento quântico a temperatura ambiente, destacando que, além da correção de erros e da simplificação da tecnologia, os processadores quânticos ópticos poderão ser mais baratos e mais poderosos, já que permitirão a ampliação rápida do número de qubits.

Um computador quântico óptico, portanto, não requer a cara e complicada tecnologia de refrigeração usada pelos qubits supercondutores. Ao mesmo tempo, os qubits baseados em luz, que transportam informações na luz laser, mantêm a informação por mais tempo e podem transmiti-la a longas distâncias.

"Através da distribuição do estado do cluster gerado no espaço e no tempo, um computador quântico óptico também pode ser escalonado mais facilmente para conter centenas de qubits. Isso o torna um candidato potencial para a próxima geração de computadores quânticos maiores e mais poderosos," reforçou o professor Ulrik Andersen.

Bibliografia:

Artigo: Generation of time-domain-multiplexed two-dimensional cluster state
Autores: Warit Asavanant, Yu Shiozawa, Shota Yokoyama, Baramee Charoensombutamon, Hiroki Emura, Rafael N. Alexander, Shuntaro Takeda, Jun-Ichi Yoshikawa, Nicolas C. Menicucci, Hidehiro Yonezawa, Akira Furusawa
Revista: Science
Vol.: 366, Issue 6463, pp. 373-376
DOI: 10.1126/science.aay2645

Artigo: Deterministic generation of a two-dimensional cluster state
Autores: Mikkel V. Larsen, Xueshi Guo, Casper R. Breum, Jonas S. Neergaard-Nielsen, Ulrik L. Andersen
Revista: Science
Vol.: 366, Issue 6463, pp. 369-372

DOI: 10.1126/science.aay4354                                                                                                                           CP2