Na infraestrutura digital de hoje, os bits de dados que usamos para enviar e processar informações podem ser 0 ou 1. Ser capaz de corrigir possíveis erros que podem ocorrer em cálculos usando esses bits é uma parte vital do processamento de informações e dos sistemas de comunicação. Mas um computador quântico usa bits quânticos, que podem ser uma espécie de mistura de 0 e 1, conhecida como superposição quântica. Essa mistura é vital para seu poder – mas torna a correção de erros muito mais complicada.
Pesquisadores da DTU Fotonik co-criaram o maior e mais complexo processador de informação quântica fotônica até hoje – em um microchip. Ele usa partículas únicas de luz como seus bits quânticos e demonstra uma variedade de protocolos de correção de erros com bits quânticos fotônicos pela primeira vez.
“Fizemos um novo microchip óptico que processa informações quânticas de forma que possa se proteger de erros usando emaranhamento. Usamos um novo design para implementar esquemas de correção de erros e verificamos que eles funcionam de maneira eficaz em nossa plataforma fotônica”, disse Jeremy. Adcock, pós-doutorado em DTU Fotonik e co-autor do artigo Nature Physics.
Esta pesquisa é importante porque a correção de erros é a chave para o desenvolvimento de computadores quânticos em grande escala, que irão desbloquear novos algoritmos para, por exemplo, simulações químicas em grande escala e aprendizado de máquina mais rápido.
Uma aplicação importante pode ser a descoberta de medicamentos. Os computadores de hoje não podem simular moléculas grandes e suas interações, por exemplo, quando você introduz uma molécula de medicamento no corpo humano. Nos computadores de hoje, o tamanho da computação clássica cresce exponencialmente com o tamanho das moléculas envolvidas. Mas para computadores quânticos do futuro, algoritmos mais eficientes são conhecidos, que não explodem em custo computacional.
Este é apenas um dos problemas que a tecnologia quântica do futuro promete resolver, sendo capaz de processar informações além dos limites fundamentais dos computadores tradicionais. Mas para atingir esse objetivo, temos que ser pequenos:
“Dispositivos em escala de chip são um passo importante se a tecnologia quântica for ampliada para mostrar uma vantagem sobre os computadores clássicos. Esses sistemas exigirão milhões de componentes de alto desempenho operando nas velocidades mais rápidas possíveis, algo que só é alcançado com microchips e circuitos integrados, que são possíveis pela indústria de fabricação de semicondutores ultra-avançada “, diz o co-autor Yunhong Ding, pesquisador sênior da DTU Fotonik.
Para realizar a tecnologia quântica que vai além dos poderosos computadores de hoje, é necessário expandir ainda mais essa tecnologia. Em particular, as fontes de fótons (partículas de luz) neste chip não são eficientes o suficiente para construir tecnologia quântica de escala útil.
“Na DTU, estamos trabalhando agora para aumentar a eficiência dessas fontes – que atualmente têm uma eficiência de apenas 1 por cento – para quase a unidade. Com essa fonte, deve ser possível construir dispositivos fotônicos quânticos em escala amplamente aumentada, e colher os benefícios da vantagem física nativa da tecnologia quântica sobre os computadores clássicos no processamento, comunicação e aquisição de informações, diz Jeremy Adcock, pós-doutorando na DTU Fotonik.
“Com fontes de fótons mais eficientes, seremos capazes de construir mais e diferentes estados de recursos, o que permitirá cálculos maiores e mais complexos, bem como comunicações quânticas seguras de alcance ilimitado.”
Publicado em 01/10/2021 07h24
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