Informática

Cristais com qubits podem viabilizar computador quântico

Cristais com qubits podem viabilizar computador quântico prático
"Esta é a única maneira para escalonarmos para sistemas quânticos maiores, construindo unidades pequenas padronizadas e interligando-as." [Imagem: E. Edwards/JQI]

Sensibilidade de qubit

Os cristais têm estado no "imaginário tecnológico" há muito tempo, em grande parte devido às memórias do Super Homem.

Recentemente chegamos ao estágio de poder testar memórias de cristal na prática, embora já se fale em moléculas de luz, cristais de pura luz, e até sabres de luz.

Agora, parece que os cristais também podem ser a ferramenta que trará os computadores quânticos do "imaginário científico" para a realidade.

Tipos de qubits

Os físicos têm experimentado os mais diversos tipos de qubits na tentativa de construir um computador quântico prático.

No caso dos qubits iônicos - os dados são armazenados em íons - cerca de 20 qubits já foram postos para operar em conjunto.

O grande problema é que os qubits são muito sensíveis, e tendem a perder as propriedades quânticas muito facilmente - como o entrelaçamento, que permite que eles guardem mais do que simplesmente valores 0 ou 1.

Isto fica mais complicado quanto maior for o número de qubits, já que uns interferem com os outros ou todos sofrem a interferência do próprio aparato do processador.

Christopher Monroe e seus colegas do Joint Quantum Institute, nos Estados Unidos, acreditam ter encontrado a solução.

Eles projetaram uma arquitetura modular para um computador quântico que oferece escalabilidade total, permitindo aumentar o número de qubits de forma praticamente ilimitada.

O melhor de tudo é que todos os componentes individuais necessários para construir essa arquitetura já existem e já foram testados na prática.

Tecnologia híbrida

A arquitetura é formada por pequenos cristais, cada um contendo de 10 a 100 qubits iônicos aprisionados por campos eletromagnéticos.

Os qubits são armazenados nos níveis internos de energia de cada íon. As portas lógicas podem ser obtidas localmente dentro de cada módulo individual, e dois ou mais íons podem ser entrelaçados usando as propriedades coletivas dos íons do módulo.

Um ou mais qubits do módulo são então ligados em rede através de uma segunda camada de fibras ópticas fotônicas de interligação.

Esta camada de segundo nível cria uma tecnologia híbrida, unindo fotônica e qubits iônicos, na qual o estado quântico dos qubits fica ligado ao estado quânticos dos fótons que os próprios íons emitem.

Basta então usar as fibras para conectar múltiplos módulos de qubits. Para isso os pesquisadores propõem o uso de espelhos microeletromecânicos (MEMS) já disponíveis, para selecionar para qual fibra cada dado deve ser transmitido, criando um switch fotônico.

Esse switch permite o entrelaçamento entre quaisquer módulos e a distribuição da informação quântica dentro do processador conforme essa informação for necessária em cada módulo.

Para tornar o computador quântico mais poderoso, basta ir adicionando mais módulos, que serão conectados aos demais através das fibras ópticas.

"Esta é a única maneira para escalonarmos para sistemas quânticos maiores, construindo unidades pequenas padronizadas e interligando-as. Neste caso, nós já sabemos como projetar todos os componentes da arquitetura," disse Monroe.

Então, agora é só esperar que a equipe use todos esses componentes já disponíveis e os coloquem para funcionar em um processador quântico prático com um número "sério" de qubits.

Bibliografia:

Large-scale modular quantum-computer architecture with atomic memory and photonic interconnects
C. Monroe, R. Raussendorf, A. Ruthven, K. R. Brown, P. Maunz, L.-M. Duan, J. Kim.
Physical Review A
Vol.: 89 (2)
DOI: 10.1103/PhysRevA.89.022317




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