Os físicos há muito suspeitam que os materiais dielétricos podem interromper significativamente os computadores quânticos com armadilhas de íons. Agora, pesquisadores liderados por Tracy Northup desenvolveram um novo método para quantificar essa fonte de erro pela primeira vez. Para a operação futura de computadores quânticos com muitos bits quânticos, tais fontes de ruído precisam ser eliminadas já durante o processo de design, se possível.
As tecnologias quânticas são baseadas nas propriedades quânticas da luz, elétrons e átomos. Nas últimas décadas, os cientistas aprenderam a dominar esses fenômenos e explorá-los em aplicações. Assim, a construção de um computador quântico para aplicações comerciais também está ao alcance. Uma das tecnologias emergentes que está sendo desenvolvida com muito sucesso são os computadores quânticos íon trap. Aqui, as partículas carregadas são aprisionadas com campos eletromagnéticos em uma câmara de vácuo e preparadas de forma que possam servir como portadoras de informações e serem utilizadas para computação, o que inclui resfriá-las às temperaturas mais baixas permitidas pela mecânica quântica.
No entanto, as propriedades mecânicas quânticas exploradas neste processo são altamente sujeitas a erros. Mesmo as menores deficiências podem aquecer as partículas fortemente resfriadas e, assim, levar a erros no processamento da informação quântica. Possíveis fontes de tais falhas são materiais fracamente condutores ou não condutores, que são usados, por exemplo, como isolantes em uma armadilha de íons metálicos, ou ótica, que são necessários para o acoplamento de íons com luz laser.
“Mesmo para armadilhas de íons feitas exclusivamente de metal, camadas de óxido nos metais causariam essas falhas”, explica Tracy Northup, do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck, na Áustria. A equipe de Northup, juntamente com colaboradores em Innsbruck e nos EUA, encontraram uma maneira de determinar a influência dos materiais dielétricos nas partículas carregadas em armadilhas de íons.
Confirmado experimentalmente
Isso foi alcançado porque os físicos quânticos de Innsbruck têm uma armadilha de íons na qual podem definir com precisão a distância entre os íons e a óptica dielétrica. Com base em uma proposta anterior do grupo de Rainer Blatt, os físicos calcularam a quantidade de ruído causado pelo material dielétrico para esta armadilha iônica e compararam com os dados do experimento. “A teoria e o experimento concordam muito bem, confirmando que este método é adequado para determinar a influência dos materiais dielétricos nos íons”, explica Markus Teller da equipe de Innsbruck. Para calcular o ruído, foi utilizado o chamado teorema da flutuação-dissipação da física estatística, que descreve matematicamente a resposta de um sistema em equilíbrio térmico a uma pequena perturbação externa.
“Em computadores quânticos, existem muitas fontes possíveis de ruído e é muito difícil separar as fontes exatas”, diz Tracy Northup. “Nosso método é o primeiro a quantificar a influência dos materiais dielétricos em uma determinada armadilha de íons nas partículas carregadas. No futuro, os projetistas de computadores quânticos de armadilha de íons serão capazes de avaliar esse efeito com muito mais precisão e projetar seus dispositivos para minimizá-los. perturbações. ”
Depois de ter demonstrado com sucesso o método em sua própria armadilha de íons, os físicos de Innsbruck agora querem aplicá-lo às armadilhas de íons de colaboradores nos EUA e na Suíça.
Publicado em 16/06/2021 11h03
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