Eles são chamados de superátomos gigantes e serão cruciais para algo: o futuro dos computadores quânticos universais

Os protótipos de computadores quânticos atualmente em construção pela IBM, Honeywell e Google, entre outras empresas, são maravilhas da engenharia. No entanto, eles apresentam falhas que, atualmente, limitam severamente o leque de aplicações em que podem ser utilizados. A mais significativa delas é que cometem erros e ainda não conseguem corrigi-los de forma eficaz. Cientistas estão trabalhando no aprimoramento de sistemas avançados de correção de erros e, se tiverem sucesso, computadores quânticos universais capazes de lidar com uma ampla gama de problemas se tornarão realidade.

O calcanhar de Aquiles das máquinas quânticas atuais é a extrema fragilidade de seus qubits. Eles são altamente sensíveis a perturbações do ambiente. Sua interação com o espaço circundante pode causar a perda ou alteração de informações quânticas, impedindo-os de fornecer um resultado correto. Esse fenômeno é conhecido como decoerência quântica e tem a capacidade de degradar os estados quânticos que devem ser protegidos para realizar operações com qubits.

Atualmente, pesquisadores estão fazendo um grande esforço para projetar estratégias eficazes para isolar os qubits do ambiente. No entanto, eles também estão trabalhando para desenvolver qubits menos frágeis e, portanto, menos sensíveis a ruídos. Esse é o plano que está sendo seguido por vários cientistas da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, que desenvolveram um sistema quântico completamente novo, projetado para proteger informações quânticas e minimizar a interferência ambiental. Seu objetivo é nada menos que pavimentar o caminho para computadores quânticos universais ou de grande escala.

Menos decoerência leva a computadores quânticos mais robustos e de maior qualidade

Especialistas em computação quântica afirmam que computadores quânticos capazes de corrigir seus próprios erros poderiam ser usados ​​para projetar materiais exóticos e, provavelmente, também para desenvolver novos medicamentos e resolver problemas de otimização industrial, entre outras tarefas. Essas são algumas das aplicações que poderiam ser viabilizadas pelos qubits implementados com superátomos gigantes propostos pela equipe da Universidade de Tecnologia de Chalmers, liderada pelo professor de Física Quântica Aplicada Anton Frisk Kockum.

Superátomos gigantes exploram duas ideias já conhecidas pelos físicos quânticos: átomos gigantes e superátomos. Diferentemente de átomos isolados, um átomo gigante, nesse contexto, é um qubit artificial projetado para interagir com seu ambiente por meio de ondas de luz ou som em múltiplos pontos fisicamente separados. Essa peculiaridade permite que eles protejam estados quânticos com mais eficácia do que os sistemas convencionais, reduzam a decoerência e se lembrem de interações passadas.

O problema de usar átomos gigantes em computação quântica é que eles apresentam limitações significativas quando se tenta emaranhá-los. O entrelaçamento é essencial na computação quântica porque permite que múltiplos qubits compartilhem um único estado quântico e atuem como um sistema coordenado. Para superar essa limitação, pesquisadores da Chalmers combinaram átomos gigantes e superátomos. Um superátomo consiste em vários átomos naturais que compartilham o mesmo estado quântico e se comportam coletivamente como um único átomo maior.

Lei Du, um dos pesquisadores da Chalmers, explica o que é um superátomo gigante: "Podemos observá-lo como múltiplos átomos gigantes trabalhando juntos como uma única entidade, permitindo que exibam uma interação não local entre luz e matéria. Isso permite que a informação quântica de múltiplos qubits seja armazenada e controlada como uma unidade, sem a necessidade de circuitos circundantes cada vez mais complexos." Por enquanto, os superátomos gigantes são um conceito teórico, mas o professor Anton Frisk Kockum e sua equipe tentarão construir um sistema quântico usando-os. Se tiverem sucesso, poderão ter descoberto um novo tipo de qubit muito mais robusto e, portanto, ideal para o desenvolvimento de computadores quânticos universais.

Imagem | Gerado por Xataka com Gemini

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