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Dois processadores quânticos que prometem fazer história

Dois processadores quânticos que prometem fazer história
Este chip quântico (esquerda) é um módulo, permitindo que vários deles sejam conectados para criar computadores quânticos práticos (ilustração à direita). [Imagem: JQI/Universidade de Maryland]

Processador quântico programável

Ainda não está claro qual arquitetura finalmente vencerá a corrida rumo aos computadores quânticos práticos, mas duas delas saltaram claramente à frente nas últimas semanas.

Shantanu Debnath e seus colegas da Universidade de Maryland, nos EUA, desenvolveram uma tecnologia diferente da comumente usada, o que lhes permitiu construir um processador quântico de uso geral com 5 qubits totalmente programáveis.

A grande novidade é que o chip é um módulo, ou seja, vários deles - em teoria, qualquer quantidade deles - podem ser conectados uns aos outros para compor um grande processador quântico, com centenas de qubits.

A tecnologia, herdada das pesquisas com relógios atômicos, usa cinco qubits de itérbio confinados em linha por uma armadilha controlada por radiofrequência. Cada um dos qubits é controlado por feixes de laser. Todos os íons são inicialmente preparados em um estado padrão e então um algoritmo controla a aplicação dos lasers para ler e alterar as informações que eles contêm.

"Nosso experimento leva os bits quânticos de alta qualidade a um novo nível de funcionalidade, permitindo que eles sejam programados por software," disse o professor Christopher Monroe, coordenador da equipe.

Dois processadores quânticos que prometem fazer história
Toda a óptica de controle, que normalmente exige um laboratório inteiro, agora está embutida dentro do chip. [Imagem: MIT]

Qubits em armadilha de superfície

Karan Mehta, do MIT, por sua vez, construiu um chip quântico com uma arquitetura que aprisiona os qubits - também íons - dentro de um campo elétrico. Íons vêm sendo usados como qubits há muito tempo, mas a grande crítica a essa abordagem é que os dispositivos exigem um laboratório inteiro para funcionar.

A maior inovação de Mehta e seus colegas está justamente na miniaturização de um sistema óptico capaz de controlar cada qubit com feixes de laser.

Para isso, ele substituiu as armadilhas tradicionais, que exigem invólucros para os qubits, por uma "armadilha de superfície", na qual os qubits flutuam 50 micrômetros acima da superfície de eletrodos incorporados dentro de um chip.

"Nós acreditamos que as armadilhas de superfície são a tecnologia chave para permitir que essa tecnologia seja ampliada para o número muito grande de íons que serão exigidos pelos computadores quânticos em larga escala. As armadilhas de gaiolas quânticas funcionam muito bem, mas elas só funcionam para talvez 10 ou 20 íons," disse o professor John Chiaverini, coordenador da equipe.

Para viabilizar sua técnica, a equipe precisou aprimorar o controle óptico de cada qubit individualmente - eles ficam a apenas 5 micrômetros de distância uns dos outros.

Bibliografia:

Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits
Shantanu Debnath, N. M. Linke, C. Figgatt, K. A. Landsman, K. Wright, Christopher Monroe
Nature
Vol.: 536, 63-66
DOI: 10.1038/nature18648

Integrated optical addressing of an ion qubit
Karan K. Mehta, Colin D. Bruzewicz, Robert McConnell, Rajeev J. Ram, Jeremy M. Sage, John Chiaverini
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.139




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