Cálculos quânticos feitos em rede de luz tridimensional

Com informações da APS - 25/09/2015

Os bits atômicos ficam nas interseções dos feixes de luz, sendo endereçados individualmente sem afetar seus vizinhos.
[Imagem: Yang Wang et al. - 10.1103/PhysRevLett.115.043003]

Qubits atômicos

Um desafio fundamental para a computação quântica reside em alterar os dados sem perturbar os qubits nas proximidades.

Um novo experimento demonstrou agora esse tipo de endereçamento com qubits de átomos neutros - o mais comum é usar íons - usando uma rede tridimensional formada com feixes de laser projetados no espaço livre.

Os pesquisadores realizaram operações lógicas arbitrárias nos átomos individuais, cada um preso em uma das interseções dos feixes de luz, usando uma combinação de lasers e pulsos de micro-ondas - tudo com um efeito mínimo sobre os átomos não envolvidos em cada operação.

Em comparação aos outros candidatos a qubit, os átomos neutros têm a vantagem de poderem ser "depositados" em matrizes bi ou tri-dimensionais muito grandes - essas "caixas de ovos ópticas" vêm sendo desenvolvidas há mais de 10 anos. Experimentos anteriores já haviam conseguido endereçar individualmente os qubits em um sistema atômico, mas não havia nenhuma informação quântica nas proximidades que pudesse ser corrompida.

A combinação de pulsos de controle de laser e micro-ondas permite o endereçamento de cada qubit.
[Imagem: Yang Wang et al. - 10.1103/PhysRevLett.115.043003]

Rede de luz tridimensional

A equipe do professor David Weiss, da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos EUA, manipulou qubits individuais em uma estrutura tridimensional muito compacta, criada pelo cruzamento de três pares de feixes de laser.

A interferência entre estes feixes criou uma matriz de armadilhas de átomos (5 × 5 × 5) espaçados entre eles por 5 micrômetros.

A estrutura foi preenchida com átomos de césio, que foram então alvejados um de cada vez por outro par de lasers, controlados para cruzar em cada nó específico da rede, alterando o valor do qubit - os níveis eletrônicos do átomo-alvo. A equipe então aplicou pulsos de micro-ondas ajustados para frequências que só induzem transições no átomo-alvo.

Assim, os pulsos têm o efeito de uma porta lógica, mudando o estado quântico de cada qubit, dependendo da operação pretendida. Enquanto isso, os dados dos qubits vizinhos não são alterados durante a operação.

A arquitetura óptica tridimensional era um objetivo longamente perseguido pelos pesquisadores da área da computação quântica porque este método pode ser expandido para sistemas muito maiores.

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