Porta lógica com fótons faz computação quântica ordens de magnitude mais eficiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/07/2021

Esta nova porta lógica é ordens de magnitude mais eficiente do que a tecnologia atual dos computadores quânticos.
[Imagem: Jung-Tsung Shen]

Porta quântica determinística

Uma equipe da Universidade de Washington, nos EUA, pode ter encontrado a peça que estava faltando no quebra-cabeças da computação quântica óptica, uma abordagem dessa tecnologia que usa a luz para fazer os cálculos.

Zihao Chen e seus colegas construíram uma porta lógica de dois qubits que, além de altíssima fidelidade (97%), é determinística, e não probabilística, como virtualmente tudo no reino da física quântica.

Enquanto os qubits baseados em átomos e elétrons sofrem com os problemas de interferência, que levam à decoerência (perda de dados), os qubits baseados em fótons sofrem do problema oposto: Eles virtualmente não reagem com nada, nem mesmo uns com os outros, o que inviabiliza a realização dos cálculos - fótons são bons para transmitir dados, mas não para armazená-los.

Há menos de uma década, cientistas que trabalhavam nesse problema descobriram que, mesmo que não estivessem entrelaçados ao entrar em uma porta lógica, o mero ato de medir os dois fótons quando eles saíam fazia com que ambos se comportassem como se estivessem entrelaçados. Foi uma descoberta significativa - e surpreendente - mas apenas um par a cada milhão de fótons realmente se torna entrelaçado, o que não é bom o suficiente para se construir um processador quântico.

O que Chen e seus colegas descobriram agora é essencialmente um novo tipo de luz - uma nova classe de estado quântico de um fóton -, no qual os fótons se tornam entrelaçados tanto no espaço quanto na frequência. A equipe chamou este fenômeno de dímero fotônico.

A equipe já está testando suas portas lógicas integradas em pastilhas semicondutoras.
[Imagem: Jung-Tsung Shen]

Porta lógica de luz

Quando um único fóton entra na porta lógica, nada de notável acontece - ele entra e sai. Mas quando dois fótons entram, formam-se os dímeros fotônicos, que então podem ser facilmente manipulados para fazer os cálculos fundamentais que as portas lógicas fazem, como operações OR, AND etc.

A equipe criou uma forma específica de porta controlada por fase, chamada porta controlada Z, cuja principal função é fazer com que os dois fótons que saem estejam no estado inverso, ou negativo, dos fótons que entram. "Nos circuitos clássicos, não há sinal de menos. Mas, na computação quântica, o sinal de menos existe e é crucial," explicou o professor Jung-Tsung Shen.

É apenas uma primeira porta lógica quântica baseada em fótons, mas não há impedimentos à vista à construção dos outros blocos fundamentais de cálculo, o que permite ver o feito da equipe como um passo promissor para que a computação quântica se livre das interferências e perdas de dado dos qubits de matéria e ainda dê um salto em termos de eficiência ao se basear unicamente na luz.

• Avanços na computação quântica: Qubits e cálculos transmitidos e um novo tipo de qubit

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