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Tecnologias quânticas: Cristal atômico é passo gigantesco para processador quântico

Cristal atômico é passo gigantesco para processador quântico
Esquema do experimento, que essencialmente cria cristais de átomos, de baixo para cima. [Imagem: Manuel Endres et al. - 10.1126/science.aah3752]

Manipulação de átomos

Pesquisadores do MIT e da Universidade de Harvard, nos EUA, construíram um equipamento que lhes permite usar lasers como "pinças ópticas" para capturar átomos individuais de um gás e colocá-los no lugar que quiserem.

Conforme os átomos são aprisionados, uma câmera é usada para criar imagens dos átomos individuais, o que fornece dados precisos sobre suas localizações. Com base nessas imagens, é possível então ajustar o ângulo dos raios laser - ou das pernas das pinças ópticas, em outros termos - para mover cada átomo, fazendo-os formar qualquer configuração.

A ideia é usar esses átomos como bits quânticos, ou qubits. Apesar dos progressos na computação quântica, as técnicas usadas até agora têm-se mostrado difíceis de escalonar, não havendo ainda uma maneira confiável de colocar um grande número de qubits funcionando simultaneamente.

Cristais artificiais

Até agora, a equipe criou matrizes de 50 átomos e os manipulou em vários padrões sem defeitos - é como se eles estivessem construindo pequenos cristais "de baixo para cima", átomo por átomo.

E ter 50 qubits funcionando simultaneamente - algo que este experimento ainda não demonstrou - é o sonho de qualquer pesquisador na área da computação quântica. Alguns especialistas na área afirmam que é possível mapear toda a informação do Universo com 300 qubits.

"Nós demonstramos um conjunto reconfigurável de armadilhas para átomos individuais, onde podemos preparar até 50 átomos individuais em armadilhas separadas deterministicamente, para uso futuro no processamento de informação quântica, simulações quânticas ou medições de precisão," disse o professor Vladan Vuletic, membro da equipe.

Cristal atômico é passo gigantesco para processador quântico
Uma matriz de átomos é essencialmente um simulador quântico, que possibilita testar os materiais nas mesmas regras e condições da física à qual eles estão sujeitos: a mecânica quântica. [Imagem: Britton/NIST/Nature]

Qubits de átomos neutros

A técnica manipula átomos neutros, que não possuem uma carga elétrica. A maioria dos outros experimentos quânticos trabalha com átomos carregados eletricamente, ou íons, já que suas cargas os tornam mais fáceis de manipular e aprisionar.

Já foi bem demonstrado que os íons podem ser usados para formar portas quânticas, realizando operações lógicas entre qubits. No entanto, devido à sua natureza elétrica, os íons repelem-se mutuamente, o que torna difícil colocá-los em matrizes densas.

Os átomos neutros, por outro lado, não têm nenhum problema em ficar próximos uns dos outros. O principal obstáculo ao uso de átomos neutros como qubits é que, ao contrário dos íons, é difícil mantê-los no lugar e operar com eles, já que eles experimentam forças muito fracas.

O próximo passo da equipe é justamente encorajar os átomos neutros a funcionar como portas quânticas, realizando o processamento mais básico de informação entre dois qubits. Outras equipes já demonstraram que isso é possível, mas até agora ninguém conseguiu manter as portas quânticas em funcionamento quando um grande número de átomos está envolvido.

Se conseguirem induzir 50 átomos ou mais a funcionarem como qubits, eles terão dado um passo significativo em direção à construção de um processador quântico realístico.

Bibliografia:

Atom-by-atom assembly of defect-free one-dimensional cold atom arrays
Manuel Endres, Hannes Bernien, Alexander Keesling, Harry Levine, Eric R. Anschuetz, Alexandre Krajenbrink, Crystal Senko, Vladan Vuletic, Markus Greiner, Mikhail D. Lukin
Science
DOI: 10.1126/science.aah3752




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