Eletrônica

Pista quântica inclinada deixa qubit acelerar sem derrapar

Qubits aceleram sem derrapar em pista quântica inclinada
A forma da frente de onda dos pulsos de laser é responsável pela aceleração da dinâmica das partículas quânticas, ou qubits.[Imagem: Peter Allen]

Corrida quântica

O que têm os futurísticos computadores quânticos a ver com uma pista de corrida? Difícil dizer, mas a analogia pode ser útil.

Inspirados em pistas de corrida como Indianápolis e Daytona, físicos descobriram uma nova forma de controlar os bits dos computadores quânticos, que são muito propensos a derrapar e sair da pista - ou, em outros termos, a sofrer interferências e perder os dados.

As pistas ovais possuem uma inclinação lateral - de até 30º - para permitir que os carros corram mais rápido. É mecânica newtoniana básica: a inclinação da pista para o interior permite que a força normal proporcionada pelo pavimento cancele a aceleração centrífuga do carro, ou sua tendência para deslizar para o lado externo da curva. Quanto maior a velocidade que se deseja atingir, maior deve ser o ângulo de inclinação da pista.

"A dinâmica das partículas quânticas se comporta de forma análoga. Embora as equações do movimento sejam diferentes, para mudar com precisão o estado de uma partícula quântica em alta velocidade você precisa projetar a pista adequada para transmitir as forças certas," explicou o professor Aashish Clerk, líder de uma equipe dos EUA e da Alemanha que usou esse conhecimento para facilitar a vida dos projetistas dos computadores quânticos.

Eles idealizaram uma técnica para permitir uma dinâmica quântica mais rápida absorvendo as acelerações prejudiciais sentidas pela partícula quântica. Essas acelerações, a menos que sejam compensadas, podem desviar a partícula de sua trajetória no espaço do estado quântico, de forma similar a que a aceleração centrífuga deflete o carro de corrida de sua trajetória na pista.

Pista inclinada para qubits

Para construir essa pista quântica inclinada, a equipe usou pulsos de laser com formatos - a "frente da onda" - cuidadosamente ajustados e confirmou que o aparato consegue dirigir com precisão a trajetória dos elétrons envolvidos em um dos qubits mais promissores para a computação quântica: as vacâncias de nitrogênio, isoladas no interior de nanodiamantes.

"Nós demonstramos que esses novos protocolos podem alternar o estado de um bit quântico, de desligado para ligado, 300% mais rápido do que os métodos convencionais," confirmou o professor David Awschalom, cuja equipe recentemente construiu um qubit geométrico imune a interferências externas.

"Aproveitar cada nanossegundo do tempo de operação é essencial para reduzir o impacto da decoerência quântica," acrescentou Awschalom, referindo-se ao fenômeno de perda do dado do qubit.

"O que é promissor para transferir essas técnicas para fora do laboratório é que elas são efetivas mesmo quando o sistema não está perfeitamente isolado," acrescentou outro membro da equipe, Guido Burkard.

Bibliografia:

Accelerated quantum control using superadiabatic dynamics in a solid-state lambda system
Brian B. Zhou, Alexandre Baksic, Hugo Ribeiro, Christopher G. Yale, F. Joseph Heremans, Paul C. Jerger, Adrian Auer, Guido Burkard, Aashish A. Clerk, David D. Awschalom
Nature Physics
DOI: 10.1038/nphys3967




Outras notícias sobre:

Mais Temas