Nanotecnologia

Físicos propõem nova arquitetura para computador quântico

Físicos propõem nova arquitetura para computador quântico
A técnica consiste em separar as moléculas em suas partes constituintes para que os resultados do processador quântico possam ser lidos a partir dos átomos individuais, que são muito mais fáceis de controlar. [Imagem: Susanne Yelin, Elena Kuznetsova, and Robin Côté.]

Vantagens dos computadores quânticos

Imagina-se que os computadores quânticos, quando forem finalmente construídos, serão capazes de resolver em questão de instantes problemas que levariam anos para serem tratados pelos supercomputadores eletrônicos atuais.

Até agora, porém, só é possível falar em "computações quânticas", realizadas em alguns poucos laboratórios de física ultramodernos, em pequena escala e ainda longe de poderem ser replicadas dentro de algo que se possa chamar de computador.

"O maior entusiasmo em relação aos computadores quânticos", diz Elena Kuznetsova, "vem de sua potencial capacidade para resolver certos problemas exponencialmente mais rápido do que os computadores clássicos, como fatorar um grande número em seu primos, o que nos permitiria quebrar códigos criptográficos. Esses problemas não poderão ser resolvidos usando um computador clássico em um futuro previsível."

Átomos e moléculas

Agora, Kuznetsova e seus colegas da Universidade de Connecticut, nos Estados Unidos, propuseram um novo tipo de computador quântico que pode trazer essa tecnologia mais próxima de se tornar uma realidade.

Os processadores quânticos usam os princípios da mecânica quântica, que dita o comportamento da matéria na escala das moléculas e dos átomos. Nas arquiteturas atualmente vislumbradas, esses processadores futurísticos codificam as informações ou em átomos individuais - aí incluídos os condensados de Bose-Einstein - ou em moléculas constituídas por até dois átomos.

Mas Kuznetsova e seus colegas estão propondo o primeiro sistema viável que utiliza tanto átomos quanto moléculas, aproveitando os benefícios de cada um deles.

Essa arquitetura, segundo seus cálculos, seria capaz de fazer cálculos mais rapidamente e com maior eficiência do que os processadores quânticos implementados até agora.

Moléculas polares

A maioria dos experimentos com computação quântica feitos até agora utiliza átomos neutros, que podem ser controlados mais facilmente. Mas, como eles não têm carga, é mais difícil fazê-los interagir entre si, o que reduz a velocidade dos cálculos realizados.

Nos últimos anos, os cientistas descobriram que as moléculas polares - que contém dois átomos com cargas iguais e opostas - podem permitir um processamento mais rápido em sistemas quânticos porque a presença dessas cargas opostas incentiva as moléculas a interagirem fortemente umas com as outras.

Mas, se esta diferença no comportamento molecular traz uma solução, ela traz também um grande problema: para serem úteis, estas moléculas hiperativas precisam ser resfriadas a apenas alguns milionésimos de grau acima do zero absoluto, o que as deixa calmas o suficiente para que os cientistas possam controlá-las.

"Moléculas em estados quânticos são muito frágeis," explica Susanne Yelin, coautora da pesquisa. "Você as aquece e elas se vão. Você as coloca muito perto umas das outras, e elas se vão. Você olha para elas do jeito errado, e elas se vão."

Físicos propõem nova arquitetura para computador quântico
Cada parte do novo conceito é viável de ser construído na prática utilizando os métodos experimentais atuais, mas apenas para um conjunto completo de qubits, todos de uma vez. [Imagem: Susanne Yelin, Elena Kuznetsova, and Robin Côté.]

A fragilidade dessas moléculas também traz outro problema: quando elas são usadas para apresentar os resultados de um processamento quântico, os cientistas muitas vezes perdem o controle sobre elas e os dados se perdem.

Até agora, nenhum cientista havia proposto uma maneira para ler dados dessas moléculas de forma segura e confiável.

Laser para quebrar as moléculas

O que os pesquisadores agora relataram em seu artigo é uma maneira de separar as moléculas em suas partes constituintes para que os resultados do processador possam ser lidos a partir dos átomos individuais, que são muito mais fáceis de controlar.

Usando lasers, conta Kuznetsova, eles foram capazes de quebrar as moléculas sem comprometer os dados que estavam codificados nelas.

"Nós deixamos a molécula interagir com a luz de um laser com comprimento de onda muito específico - uma cor bem definida," diz ela. "Isso leva a molécula para um outro estado de excitação, a partir do qual podemos, com outro laser, decompô-la em dois átomos. É uma maneira eficiente e não-destrutiva de manter e ler as informações."

Qubits individuais

Kuznetsova afirma que cada parte do novo conceito é viável de ser construído na prática utilizando os métodos experimentais atuais, mas apenas para um conjunto completo de qubits, todos de uma vez.

O próximo passo rumo à construção de um computador quântico com moléculas polares, desta forma, é criar um sistema no qual os qubits possam ser controlados individualmente. Esta é a meta do grupo.

Bibliografia:

Phase gate and readout with an atom-molecule hybrid platform
Elena Kuznetsova, Marko Gacesca, Susanne F. Yelin, Robin Côté
Physical Review A
Vol.: 81, 030301(R)
DOI: 10.1103/PhysRevA.81.030301




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