“Este é um avanço crucial”, disse Ramón Aguado, pesquisador do CSIC no Instituto de Ciência dos Materiais de Madrid (ICMM) e coautor do estudo. Ele explicou que a equipe recuperou com sucesso as informações armazenadas nos qubits de Majorana aplicando uma tecnologia chamada capacitância quântica. Aguado disse que o método atua como uma “sonda global sensível ao estado geral do sistema”, permitindo aos cientistas acessar informações que antes eram difíceis de observar.
Para ilustrar a importância dos resultados, Aguado descreveu os qubits topológicos como “como um cofre para informações quânticas”. Em vez de manter os dados em um local fixo, esses qubits espalham as informações por dois estados quânticos interconectados (chamados modos zero de Majorana). Como os dados são distribuídos desta forma, eles ficam naturalmente protegidos.
Esta estrutura torna os qubits topológicos particularmente atraentes para a computação quântica. “Eles são inerentemente robustos ao ruído local que cria decoerência, porque para corromper a mensagem, uma falha teria que afetar o sistema global”, explica Aguado. No entanto, esta mesma função protetora coloca desafios significativos para os investigadores. Como ele ressalta, “Essa mesma virtude tornou-se o calcanhar de Aquiles de seus experimentos: como “ler” ou “detectar” uma propriedade que não existe em nenhum ponto específico?”
Construindo a cadeia mínima de Kitaev
Para superar esse obstáculo, a equipe projetou uma nanoestrutura modular montada a partir de pequenas peças, semelhante à construção com peças de Lego. O dispositivo, chamado de cadeia mínima de Kitaev, consiste em dois pontos quânticos semicondutores conectados por um supercondutor.
Aguado explicou que esta abordagem permite aos pesquisadores construir sistemas do zero. “Em vez de manipular cegamente a combinação de materiais como nos experimentos anteriores, nós a criamos de baixo para cima e conseguimos gerar padrões Majorana de forma controlada, o que na verdade era a ideia principal do nosso projeto QuKit.” Este design cuidadoso permite aos cientistas controlar diretamente a formação dos padrões de Majorana.
Medição instantânea da paridade de Majorana
Depois de montar a menor cadeia Kitaev, a equipe aplicou sondas de capacitância quântica. Pela primeira vez, eles foram capazes de determinar instantaneamente, com uma única medição, se o estado quântico combinado formado por dois modos de Majorana era par ou ímpar. Na verdade, isso revela se um qubit está em estado preenchido ou vazio, o que define como ele armazena informações.
Gorm Steffensen, pesquisador do ICMM CSIC envolvido no estudo, disse: “O experimento confirma perfeitamente o princípio de proteção: embora as medições de carga local sejam cegas para esta informação, a sonda global a revela claramente”.
Os pesquisadores também descobriram “saltos aleatórios de paridade”, outro resultado importante do experimento. Ao analisar esses eventos, eles mediram “coerência de paridade de mais de um milissegundo”, duração considerada muito promissora para operações futuras envolvendo qubits topológicos baseados em modos de Majorana.
Cooperação entre Delft e ICMM CSIC
A pesquisa reúne trabalhos teóricos realizados em uma plataforma experimental inovadora desenvolvida principalmente na TU Delft e no ICMM CSIC. Os autores sublinham que as contribuições teóricas são “cruciais para a compreensão desta experiência altamente complexa”, sublinhando o esforço colaborativo por detrás deste avanço na computação quântica.
