Três equipes separadas em todo o mundo ultrapassaram o limite de precisão de 99% para a computação quântica baseada em silício, colocando as operações quânticas sem erros ao alcance de um alcance tentador.
Um grande marco acaba de ser alcançado na computação quântica.
Na Austrália, uma equipe liderada pelo físico Andrea Morello, da Universidade de New South Wales, alcançou 99,95% de precisão com operações de um qubit e 99,37% para operações de dois qubits em um sistema de três qubits.
Na Holanda, uma equipe liderada pelo físico Seigo Tarucha, da Delft University of Technology, alcançou 99,87% de precisão para operações de um qubit e 99,65% para operações de dois qubits em pontos quânticos.
Finalmente, no Japão, uma equipe liderada pelo físico Akito Noiri, da RIKEN, alcançou 99,84% de precisão para operações de um qubit e 99,51% para operações de dois qubits, também em pontos quânticos.
Todas as três equipes publicaram seus resultados na revista Nature hoje.
“A publicação de hoje na Nature mostra que nossas operações estavam 99% livres de erros”, diz Morello.
“Quando os erros são tão raros, torna-se possível detectá-los e corrigi-los quando ocorrem. Isso mostra que é possível construir computadores quânticos com escala e potência suficientes para lidar com computação significativa.”
A computação quântica depende da mecânica quântica como base para as operações. A informação é codificada em qubits, ou bits quânticos, o equivalente de computação quântica de bits binários, as unidades básicas de informação.
No entanto, onde os bits processam informações em um dos dois estados – 1 ou 0 – um qubit pode estar no estado de 1, 0 ou ambos simultaneamente.
O último estado – 1 e 0 ao mesmo tempo – é conhecido como superposição. A manutenção da superposição dos qubits permite que os computadores quânticos resolvam problemas matemáticos complexos executando cálculos com base na probabilidade do estado de um objeto antes de ser medido. Esse esforço é altamente propenso a erros, no entanto, e melhorar a fidelidade das operações quânticas tem sido objeto de intenso estudo.
Em 2014, Morello e seus colegas conseguiram demonstrar uma enorme expectativa de vida de 35 segundos para informações quânticas em um substrato de silício. Seus qubits foram baseados nos estados de spin dos núcleos, que, isolados de seu ambiente, permitiram o estabelecimento de um novo benchmark de tempo. Mas esse isolamento também provou ser um problema: tornou mais difícil para os qubits se comunicarem uns com os outros, o que é necessário para realizar a computação quântica.
Para resolver esse problema, Morello e sua equipe introduziram um elétron em seu sistema de dois núcleos de fósforo por meio da implantação de íons no silício, um dos processos fundamentais para a fabricação de microchips. Foi assim que eles criaram seu sistema de três qubits e funcionou.
“Se você tem dois núcleos conectados ao mesmo elétron, você pode fazê-los fazer uma operação quântica”, disse o físico Mateusz Madzik, da UNSW.
“Enquanto você não opera o elétron, esses núcleos armazenam com segurança suas informações quânticas. Mas agora você tem a opção de fazê-los falar uns com os outros através do elétron, para realizar operações quânticas universais que podem ser adaptadas a qualquer problema computacional.”
As outras duas equipes adotaram uma abordagem diferente. Eles criaram pontos quânticos de silício e liga de silício-germânio e instalaram um portão qubit de dois elétrons; ou seja, um circuito de vários qubits. Em seguida, eles ajustaram a tensão aplicada a seus respectivos sistemas, usando um protocolo chamado tomografia por conjunto de portas para caracterizar seus sistemas.
Ambas as equipes descobriram que também alcançaram mais de 99% de fidelidade em seus sistemas.
“O resultado apresentado torna os qubits de spin, pela primeira vez, competitivos contra circuitos supercondutores e armadilhas de íons em termos de desempenho de controle quântico universal”, diz Tarucha.
“Este estudo demonstra que os computadores quânticos de silício são candidatos promissores, juntamente com a supercondutividade e as armadilhas de íons, para pesquisa e desenvolvimento para a realização de computadores quânticos em larga escala”.
Qualquer um desses trabalhos por si só seria uma conquista significativa. O fato de todas as três equipes terem alcançado o mesmo marco de forma independente sugere que a computação quântica agora estará avançando.
“Você normalmente precisa de taxas de erro abaixo de 1%, para aplicar protocolos de correção de erros quânticos”, diz Morello.
“Tendo alcançado esse objetivo, podemos começar a projetar processadores quânticos de silício que aumentam e operam de maneira confiável para cálculos úteis”.
Publicado em 22/01/2022 17h57
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