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Eletrônica

Circuito óptico faz cálculos usando apenas luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/06/2011

Circuito óptico: Porta quântica faz cálculos com luz
A longo prazo, o objetivo da equipe é construir circuitos maiores, até atingir uma capacidade de cálculo que permita rodar algoritmos quânticos.
[Imagem: Okamoto et al./Pnas]

Tudo quântico

Um grupo internacional de pesquisadores construiu um bloco fundamental da computação usando apenas luz.

Os cientistas das universidades de Bristol (Reino Unido), Osaka e Hokkaido (Japão) construíram uma porta lógica com quatro partículas de luz, ou fótons.

Nessa escala, tudo o que se faz normalmente recebe o designativo "quântico", uma vez que as partículas elementares obedecem às leis da mecânica quântica, e não da mecânica clássica.

Desta forma, o que os cientistas fizeram em breve ser empregado em uma vasta gama de tecnologias quânticas, incluindo a comunicação segura e a criptografia, para medições de precisão e, finalmente, para os computadores quânticos.

Porta C-NOT

"Nós construímos um elemento fundamental para o processamento de informações quânticas - uma porta NOT-controlada, ou C-NOT - baseada em uma receita que foi proposta teoricamente há 10 anos," explicou o professor Jeremy O'Brien, coautor da pesquisa.

"A razão pela qual levou tanto tempo para alcançarmos este marco é que, mesmo para um circuito relativamente simples, nós precisamos ter um controle completo sobre quatro fótons individuais chispando por aí à velocidade da luz!" completa ele.

O experimento combina várias técnicas para a construção de circuitos ópticos que devem ser estáveis dentro de uma fração do comprimento de onda da luz, isto é, na faixa dos nanômetros - a base de todo o experimento é um chip óptico construído pela mesma equipe em 2010.

A adição de cada fóton adicional não é uma tarefa trivial, uma vez que todas as partículas devem ser idênticas em todos os quesitos - algo sem comparação no mundo clássico.

Porta lógica com fótons

"A capacidade de implementar uma porta lógica usando fótons é fundamental para a criação de circuitos em maior escala e até mesmo de algoritmos," diz O'Brien.

Em 2003, pesquisadores japoneses haviam construído uma porta C-NOT usando qubits de estado sólido.

A equipe espera aplicar seus resultados de imediato para o desenvolvimento de novas abordagens para a comunicação quântica, para a medição e, em seguida, em ferramentas de simulação - teoricamente, uma porta C-NOT pode ser usada para simular qualquer sistema quântico.

"Cada vez que adicionamos um fóton, a complexidade dos problemas que passamos a ser capazes de investigar aumenta exponencialmente. Assim, se um circuito quântico de um fóton tem 10 saídas, um sistema de dois fótons pode dar 100 resultados, um sistema de três fótons pode dar 1.000 soluções e assim por diante," explica O'Brien.

Algoritmos quânticos

A simulação de processos quânticos é essencial, dentre outras, nas pesquisas com supercondutores e com a fotossíntese artificial.

"Nossa técnica pode melhorar nossa compreensão desses processos importantes e ajudar, por exemplo, no desenvolvimento de células solares mais eficientes," diz o cientista.

Outras aplicações incluem o desenvolvimento de novos materiais de alta tecnologia e medicamentos.

A longo prazo, o objetivo da equipe é construir circuitos maiores, até atingir uma capacidade de cálculo que permita rodar algoritmos quânticos.

Bibliografia:

Artigo: Realization of a Knill-Laflamme-Milburn controlled-NOT photonic quantum circuit combining effective optical nonlinearities
Autores: Ryo Okamoto, Jeremy L. O'Brien, Holger F. Hofmann, Shigeki Takeuchi
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: (25) 10067-10071
DOI: 10.1073/pnas.1018839108





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