Óptica interna do sistema AC1000 da Atom Computing
Computação Atômica
Os computadores quânticos feitos de qubits baseados em átomos super-resfriados têm crescido a velocidades impressionantes, o que poderá em breve torná-los mais poderosos na computação – mas os erros estão aparecendo a uma taxa que limita sua utilidade. Agora, os pesquisadores encontraram uma maneira de carregar e reutilizar esses qubits para tornar seus cálculos mais práticos e confiáveis.
Todos os computadores quânticos existentes são muito propensos a erros para lidar com cálculos úteis e oferecer vantagens sobre os computadores tradicionais, mas os pesquisadores fizeram grandes avanços no desenvolvimento de esquemas de correção de erros que podem resolver esse problema.
Num desses esquemas, os blocos de construção dos computadores quânticos, chamados qubits, são divididos em dois grupos principais: qubits que têm a tarefa de manipular dados e são usados para realizar cálculos, e outros qubits chamados “qubits ancilla”, que rastreiam erros.
Portanto, criar muitos qubits de alta qualidade para qualquer finalidade é um grande desafio técnico Matt Norcia da Atom Computing, uma empresa americana, e seus colegas encontraram uma maneira de reutilizar ou substituir qubits adicionais, reduzindo assim a quantidade de produção necessária. Eles agora mostraram que seu qubit de rastreamento de erros pode ser reciclado 41 vezes consecutivas.
“Qualquer cálculo de uso provavelmente será um cálculo muito longo, então você terá que fazer muitas rodadas de medições. Idealmente, você deseja ser capaz de reutilizar qubits em várias rodadas para não precisar continuar fornecendo mais qubits ao sistema”, disse Norcia.
Ele e seus colegas usaram qubits feitos de átomos de itérbio eletricamente neutros, resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto com lasers e pulsos eletromagnéticos. Eles podem controlar o estado quântico e as propriedades quânticas que codificam as informações de cada átomo com lasers configurados em “pinças ópticas”. A equipe usou essa técnica para organizar seu computador quântico em três zonas distintas.
Na primeira zona, 128 pinças ópticas direcionam qubits para realizar cálculos, enquanto na segunda zona 80 pinças seguram qubits que podem ser usados para medições de erros e trocados por qubits defeituosos. A terceira zona funciona como área de armazenamento, reservando espaço para outros 75 qubits que acabaram de ser utilizados. Ter essas duas últimas zonas permite aos pesquisadores reorganizar e reutilizar qubits adicionais ou trocá-los por novos.
Norcia diz que é difícil fazer essa configuração funcionar porque a luz dispersa de um laser que toca qubits próximos pode atrapalhar seu funcionamento. Portanto, os pesquisadores tiveram que desenvolver um controle preciso de seus lasers, bem como uma forma de ajustar o estado dos qubits de dados para que permanecessem “ocultos” ou não afetados por certos tipos de luz prejudicial, disse ele.
“A reutilização incremental é fundamentalmente importante para o avanço da computação quântica”, disse ele Yuval Boger na empresa norte-americana de computação quântica QuEra. Sem esta capacidade, mesmo cálculos muito simples exigiriam milhões ou bilhões de qubits, e isso não seria razoável para hardware de computação quântica existente ou a ser construído em breve, disse ele.
Este problema foi reconhecido pela comunidade de pesquisa de qubits baseados em átomos. “Acho que todos no espaço do átomo neutro (computação quântica) entendem a necessidade de reorganizar e recarregar os átomos durante a computação”, disse Norcia.
Por exemplo, Boger destaca que equipes de pesquisa da Universidade de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts usaram métodos semelhantes para criar computadores quânticos feitos de produtos químicos. 3.000 átomos de rubídio muito legais caminhou por várias horas. Alguns computadores quânticos com qubits feitos de íons controlados pela luz, como a máquina Helios lançada recentemente pela Quantinuum, também podem reutilizar qubits.
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