Processador de som imita vantagens da computação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/09/2019

O projeto da computação acústica não-quântica é simples e robusta, funcionando até mesmo ao ar livre.
[Imagem: 10.1038/s42005-019-0203-z]

Computação não-quântica

Físicos demonstraram a possibilidade de usar ondas acústicas - em um ambiente clássico, e não quântico - para realizar o mesmo trabalho que se espera dos processadores quânticos, mas sem as limitações de tempo e a inerente fragilidade desses processadores e seus qubits.

Apesar de todo o potencial da computação quântica, os ambientes quânticos são difíceis de criar e manter. Os dados dos qubits geralmente duram menos de um segundo, antes de entrar em colapso. E os qubits também são altamente sensíveis ao ambiente, o que exige que eles sejam armazenados a temperaturas criogênicas.

Que tal então fazer isso usando apenas mecanismos que sigam a mecânica clássica, muito mais robusta?

"Poderíamos rodar nosso sistema por anos," disse o professor Keith Runge, da Universidade do Arizona. "Ele é tão robusto que podemos levá-lo para fora de uma feira sem que ele seja perturbado" - e eles fizeram mesmo essa demonstração.

Não-localidade e não separabilidade

O fenômeno da superposição quântica permite que os qubits sejam armazenados em vários estados ao mesmo tempo - pense em uma moeda equilibrada de lado, girando tão rapidamente que caras e coroas parecem aparecer simultaneamente.

Já o fenômeno do entrelaçamento quântico estabelece que qualquer coisa que aconteça com um qubit afeta o outro através de um princípio chamado não-separabilidade. Em nosso exemplo das duas moedas, derrube uma moeda girante e a outra moeda também vai cair e mostrar cara ou coroa.

Outro princípio, chamado não-localidade, mantém as partículas ligadas mesmo que elas estejam distantes - derrube uma moeda giratória e sua contraparte entrelaçada do outro lado do universo também cairá. Os qubits entrelaçados criam um estado de Bell, no qual todas as partes de um coletivo são afetadas umas pelas outras.

Foi aí que veio a ideia de Arif Hasan e seus colegas: fazer todo o processamento tipicamente quântico sem usar partículas quânticas.

Outras equipes já estão trabalhando rumo a um computador quântico acústico em microescala.
[Imagem: Elena Khavina/MIPT]

Processamento análogo ao quântico

Várias equipes já demonstraram a capacidade de criar sistemas de fótons que apresentam não-separabilidade sem não-localidade. Embora a não-localidade seja importante para aplicações específicas, como a criptografia, é a não-separabilidade que importa para a computação quântica. E partículas inseparáveis nos estados clássicos de Bell, em vez de entrelaçados em um estado quântico de Bell, são muito mais estáveis.

Hasan deu um passo adiante, demonstrando pela primeira vez que a não-separabilidade clássica pode ser aplicada às ondas acústicas, e não apenas às ondas de luz. Ele usou phi-bits, unidades compostas por quasipartículas chamadas fônons, que transmitem ondas de som e calor.

Os materiais usados para demonstrar um conceito tão complexo são incrivelmente simples, incluindo três barras de alumínio, epóxi suficiente para conectá-las e algumas tiras de borracha para dar-lhes elasticidade.

Os pesquisadores enviaram uma onda de vibrações sonoras pelas hastes e depois monitoraram dois graus de liberdade das ondas: em que direção as ondas se moviam pelas hastes (para frente ou para trás) e como as hastes se moviam em relação umas às outras (se estavam ondulando na mesma direção e em amplitudes semelhantes). Para energizar o sistema em um estado não-separável, eles identificaram uma frequência na qual esses dois graus de liberdade estavam ligados e enviaram as ondas nessa frequência. O resultado foi um estado de Bell incrivelmente estável.

"Portanto, temos um sistema acústico que nos dá a possibilidade de criar esses estados de Bell," disse Deymier. "É o análogo completo da mecânica quântica".

A seguir, a equipe pretende aumentar o número de graus de liberdade que podem ser classicamente entrelaçados - quanto mais, melhor. Eles também desejam desenvolver algoritmos que possam usar esses estados não-separáveis para manipular informações.

Depois que o sistema for refinado, eles planejam redimensioná-lo da mesa para a microescala, pronto para ser implantados em chips de computador nas centrais de dados ao redor do mundo.

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