Resumo Simplificado do Artigo: Neste estudo, cientistas deram um grande passo rumo ao futuro dos computadores quânticos, um tipo especial de tecnologia que promete ser muito mais potente do que os computadores comuns. Eles conseguiram controlar um sistema composto por quatro “qubits” — unidades básicas de informação quântica que, de maneira simplificada, são como “blocos de construção” que permitem processar informações de um jeito completamente novo. Esses qubits são baseados em pontos quânticos, que funcionam como minúsculos dispositivos semicondutores, manipulados por pulsos elétricos para realizar operações complexas. Esse avanço pode facilitar a construção de computadores quânticos em larga escala, abrindo portas para resolver problemas extremamente difíceis e simular fenômenos da física com mais precisão.
Cientistas da TU Delft realizam controle universal de sistema de quatro qubits singlet-triplet, avanço promissor para a escalabilidade da computação quântica.
A manipulação precisa de spins interativos em sistemas quânticos é um dos pilares para o desenvolvimento de computadores quânticos confiáveis e de alto desempenho. Essa tarefa se revela especialmente complexa em sistemas em nanoescala com múltiplos spins baseados em pontos quânticos — dispositivos semicondutores minúsculos que operam em condições específicas.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Universidade Técnica de Delft (TU Delft) conseguiu demonstrar o controle universal em um sistema com quatro qubits singlet-triplet baseados em pontos quânticos. O estudo, publicado na revista Nature Nanotechnology, representa um avanço significativo para a ampliação e desenvolvimento de sistemas de processamento de informações quânticas.
Em entrevista ao portal Phys.org, o autor sênior Lieven Vandersypen explicou: “Inicialmente, estávamos tentando ajustar e calibrar a interação de troca entre todos os spins vizinhos em uma matriz 4×2 de pontos quânticos, cada um carregado com um spin”. A equipe utilizou medições de domínio de tempo para calibrar o sistema e, em determinado momento, percebeu que havia atingido efetivamente o controle universal de quatro qubits singlet-triplet, que são estados conjuntos de dois spins. “Em seguida, nos empenhamos para avaliar cuidadosamente as operações quânticas e criar o entrelaçamento ao longo da matriz de qubits.”
Anteriormente, físicos e engenheiros quânticos haviam conseguido controlar sistemas com até dois qubits singlet-triplet interativos. Com o experimento da TU Delft, Vandersypen e sua equipe foram os primeiros a controlar um sistema maior, com quatro qubits singlet-triplet.
No sistema desenvolvido, cada qubit consiste em dois spins, cujas operações podem ser manipuladas através de pulsos de tensão de base, alternando a interação de troca de spins entre diferentes valores e correspondendo a diferentes eixos de rotação dos qubits. Para os chamados “gates de dois qubits”, a equipe ativou o acoplamento de troca entre spins de qubits distintos, também por meio de pulsos de tensão nas portas de controle.
Utilizando uma matriz 2×4 de pontos quânticos de germânio, dispostos em forma de “escada” quântica, os pesquisadores mapearam inicialmente o espectro de energia dos qubits, controlando as interações de troca entre pares de spins ao longo das “degraus” desta estrutura. Para alcançar o controle universal de cada qubit, eles aplicaram pulsos de ajuste na detunação e nas barreiras de tunelamento do ponto quântico duplo correspondente. A partir desse controle preciso, a equipe conseguiu implementar um gate SWAP de dois qubits, que troca informações entre pares de qubits.
Segundo Vandersypen, “ao operar o dispositivo, todos os oito spins participam da evolução temporal coerente quântica, o que representa o maior número já obtido em matrizes de pontos quânticos semicondutores.” Ele acrescentou que as operações de um único qubit já apresentam alta confiabilidade, com uma fidelidade acima de 99%. Entretanto, um próximo passo importante será alcançar a mesma fidelidade para o gate de dois qubits.
Este trabalho introduz uma abordagem promissora para o controle universal em sistemas de pontos quânticos de germânio com qubits singlet-triplet. No futuro, esta técnica poderá ser aprimorada para manipular sistemas quânticos de nanoescala ainda maiores, permitindo que físicos simulem com precisão fenômenos complexos, como o magnetismo quântico, e contribuindo para o desenvolvimento de sistemas avançados de informação quântica.
Fonte: Texto traduzido e adaptado de Phys.org e revisado pela nossa redação.
