Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, desenvolveram um sistema inovador que pode superar um dos principais desafios na criação de computadores quânticos realistas.
A atual limitação dos computadores quânticos reside na delicada balança entre realizar operações complexas e manter a tolerância a erros e ruídos. Arquiteturas que conseguem operar de forma complexa tendem a ser mais suscetíveis a erros, enquanto sistemas mais robustos contra ruídos acabam sendo mais lentos e difíceis de gerenciar.
Esse cenário pode mudar graças ao trabalho de Axel Eriksson e sua equipe na Universidade de Tecnologia de Chalmers. Eles criaram uma nova arquitetura que permite tempos de computação mais longos em sistemas quânticos mais robustos, utilizando a chamada “computação quântica continuamente variável”. Esse método utiliza osciladores harmônicos, componentes microscópicos que codificam informações de maneira linear.
Os osciladores desenvolvidos são compostos por tiras finas de material supercondutor sobre um substrato isolante, formando ressonadores de micro-ondas, uma tecnologia compatível com os computadores quânticos de qubits supercondutores, os mais comuns atualmente. Diferente dos qubits tradicionais, que operam em dois estados quânticos, esses osciladores podem acessar um número muito maior de estados quânticos físicos, melhorando significativamente a proteção contra erros e ruídos.
“Pense em um qubit como uma lâmpada azul que, mecanicamente quântica, pode estar ligada e desligada simultaneamente. Em contraste, um sistema quântico continuamente variável é como um arco-íris infinito, oferecendo um gradiente contínuo de cores. Isso ilustra sua capacidade de acessar um vasto número de estados, proporcionando possibilidades muito mais ricas do que os dois estados do qubit,” explicou Eriksson.
Superando Barreiras Técnicas
A computação quântica continuamente variável baseada em osciladores harmônicos é promissora para a correção de erros, mas sua linearidade dificultava a realização de operações complexas. Tentativas anteriores de combinar osciladores harmônicos com sistemas de controle, como sistemas quânticos supercondutores, falharam devido ao efeito Kerr, que embaralhava os muitos estados quânticos do oscilador, anulando os benefícios esperados.
A equipe de Eriksson superou esse obstáculo ao integrar um dispositivo de controle diretamente dentro do oscilador. Isso não só evitou o efeito Kerr, como também manteve a eficiência na tolerância a falhas e permitiu um controle preciso dos estados quânticos em alta velocidade, pavimentando o caminho para computadores quânticos mais robustos.
“Nossa comunidade tentou muitas vezes manter os elementos supercondutores longe dos osciladores quânticos para não embaralhar os frágeis estados quânticos. Neste trabalho, desafiamos esse paradigma. Ao incorporar um dispositivo de controle no coração do oscilador, fomos capazes de evitar embaralhar os muitos estados quânticos e, ao mesmo tempo, sermos capazes de controlá-los e manipulá-los. Como resultado, demonstramos um novo conjunto de operações de porta realizadas em velocidade muito alta,” disse o professor Simone Gasparinetti.
Publicação do Estudo
O estudo detalhando essa inovação foi publicado na revista Nature Communications, sob o título “Universal control of a bosonic mode via drive-activated native cubic interactions”. A equipe de autores inclui Axel M. Eriksson, Théo Sépulcre, Mikael Kervinen, Timo Hillmann, Marina Kudra, Simon Dupouy, Yong Lu, Maryam Khanahmadi, Jiaying Yang, Claudia Castillo-Moreno, Per Delsing e Simone Gasparinetti.
Texto adaptado de Site Inovação Tecnológica.