Um chip de armadilha de íons usado para testar um único qubit
Dr Jochen Wolf e Dr Tom Harty
Um novo recorde foi estabelecido para controle extremamente preciso de qubits, os blocos de construção dos computadores quânticos. Estes avanços poderão resultar em computadores quânticos que produzam menos erros – se puderem ser replicados em maior escala.
Para manipular ou codificar informações em qubits, os computadores quânticos podem usar arranjos chamados portas de qubit único para alterar o estado de um bit quântico, semelhante à forma como um ou mais transistores manipulam bits clássicos. Normalmente, esses portões falharão pelo menos uma vez a cada 1.000 mudanças de estado – e às vezes até com mais frequência. Como os cálculos normalmente exigem milhões de operações e centenas de portas qubit, esses erros se acumulam rapidamente e tornam os cálculos não confiáveis.
Molly Smith, Arão Leão E Mário Gelytodos na Universidade de Oxford, e seus colegas criaram agora uma porta de qubit único que só produz esse erro uma vez em cerca de 10 milhões de casos.
“A probabilidade de ser atingido por um raio em um ano é cerca de três vezes maior do que a probabilidade de esses qubits cometerem um erro”, disse Leu.
Leu e seus colegas criaram qubits a partir de íons de cálcio carregados positivamente. Eles usam forças eletromagnéticas para mantê-lo preso acima de um chip, que é equipado com pequenos componentes que podem emitir micro-ondas controladas com precisão. Essas microondas são a chave: ao dispará-las em qubits, os pesquisadores podem criar portas que podem alterar o estado quântico do qubit de maneira muito confiável.
O trabalho representa um “novo recorde mundial” para a capacidade dos pesquisadores de controlar o estado de um único qubit, disse ele Daniel Slichter no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia do Colorado. “Avanços técnicos como este são impressionantes – muitas coisas precisam funcionar bem para obter uma precisão tão alta”, disse ele. Casa de Jônatas na ETH Zurique, na Suíça.
Slichter disse que um fator para essa conquista foi o desenvolvimento de técnicas para produzir microondas precisamente calibradas. Esta tecnologia avançou significativamente, pois é essencial para os sistemas de comunicação convencionais.
Embora a equipe de Gely tenha se beneficiado da qualidade dos dispositivos que puderam ser adquiridos, os pesquisadores tiveram que calibrá-los meticulosamente. Eles também tiveram que catalogar todas as possíveis fontes de erro que surgem quando qubits e microondas interagem, disse Gely.
No entanto, para implementar qualquer programa de computação quântica, os pesquisadores não precisariam apenas de mais qubits, mas também de um conjunto diferente de controles de micro-ondas que determinariam como esses qubits interagem entre si. Quanto maior e mais complexo for o sistema, maior será a margem para erros.
Os pesquisadores acham que podem aumentar a porta de dois qubits, mantendo as taxas de erro igualmente baixas, dentro de alguns anos. Enquanto isso, Smith diz que seu trabalho na caracterização e eliminação de erros pode ajudar todos que trabalham em qubits baseados em íons.
Várias empresas já criaram e comercializaram esses qubits, e eles já foram usados para simular materiais quânticos pouco compreendidos. A nova pesquisa “mostra que os qubits de íons aprisionados são a plataforma líder para a computação quântica hoje e continuarão a ser no futuro”, disse Chris Langer na empresa de computação quântica Quantinuum, que fabrica qubits a partir de íons controlados por laser.
“Minha crença pessoal é que esta é uma maneira muito interessante de pensar sobre o dimensionamento de computadores quânticos”, disse Slichter.
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