Fluxo supercondutor de qubits: mais um passo rumo ao computador quântico

Pesquisadores japoneses anunciaram um progresso significativo numa das tecnologias mais promissoras para a futura construção de computadores quânticos. Eles conseguiram transições multi-fóton de um fluxo supercondutor de qubits. Até hoje somente haviam sido demonstradas experimentalmente transições de um único fóton.

Um computador quântico deverá superar extraordinariamente a velocidade de cálculo das máquinas atuais. Ao invés dos tradicionais bits, elementos magnetizados nas memórias e discos rígidos, os computadores quânticos armazenam informações em qubits, dispositivos também de dois estados, como os 0s e 1s dos computadores atuais, mas com a possibilidade de terem seus valores justapostos. Isto significa que a velocidade de um computador quântico aumenta exponencialmente com a utilização de mais qubits.

As tecnologias mais promissoras para a futura fabricação dessas super-máquinas são os spins de elétrons, átomos ou íons presos em cavidades chamadas pontos quânticos e equipamentos de estado sólido tais como semicondutores ou supercondutores. O fluxo de qubits supercondutor faz parte desta última categoria, cuja principal vantagem é o fato de permitir a construção de equipamentos reais com técnicas de fabricação já conhecidas.

Um fluxo supercondutor de qubits é uma circunferência feita de alumínio que mede cerca de seis micrômetros de diâmetro e contém em seu interior três junções Josephson.

A aplicação de um campo magnético sobre a estrutura gera o qubit, que é formado pelo estado normal e pelo estado excitado. Cada estado é uma superposição - governada pelas leis da mecânica quântica - de supercorrentes circulando nos sentidos horário e anti-horário.

Irradiando o qubit com fótons de microondas, cuja energia está em ressonância com a separação de energia do qubit, os cientistas conseguiram detectar transições de absorção de um, dois e três fótons entre o estado normal e o estado excitado.

É como se os pesquisadores tivessem construído um átomo artificial, um sistema quântico ideal de dois estados, ainda que ele tenha uma dimensão enorme quando comparado a um átomo verdadeiro e contenha milhões de pares Cooper - elétrons de spins opostos emparelhados.

O desafio agora é manter o qubit funcionando por longos períodos de tempo, o que é necessário para a manipulação simultânea de múltiplos qubits e a execução de cálculos computacionais.

A pesquisa foi feita por cientistas da Agência de Ciência e Tecnologia do Japão e da empresa NTT, chefiados pelo Dr. Hideaki Takayanagi.