Os computadores quânticos representam um avanço tecnológico importante que poderia transformar nossa capacidade de resolver problemas. Ao contrário dos computadores clássicos que usam bits binários, essas máquinas exploram as propriedades "estranhas" da física quântica para realizar cálculos considerados impossíveis com as tecnologias atuais. Seu desenvolvimento, no entanto, requer o domínio de componentes extremamente frágeis chamados qubits, cuja estabilidade permanece um desafio fundamental.
Os físicos do California Institute of Technology (Caltech) realizaram um avanço significativo ao criar a maior rede de qubits já construída, composta por 6.100 átomos neutros, ou seja, tantos qubits. Essa realização supera amplamente os sistemas anteriores que se limitavam a algumas centenas de qubits. A equipe usou pinças ópticas, feixes de laser ultra-precisos, para prender individualmente átomos de césio em uma câmara de vácuo. Esse método permite manipular cada qubit com uma precisão notável, mantendo suas propriedades quânticas.
Imagem mostrando 6.100 átomos de césio presos por feixes de laser focalizados chamados pinças ópticas. O diâmetro do círculo é de aproximadamente um milímetro.
Crédito: Caltech/Endres Lab A qualidade dos qubits mostrou-se excepcional apesar de seu número impressionante. Os pesquisadores mantiveram esses átomos em um estado de superposição quântica por cerca de 13 segundos, uma duração quase dez vezes superior aos desempenhos anteriores. Essa superposição permite que os qubits existam simultaneamente em vários estados, uma propriedade essencial para os cálculos quânticos. A manipulação individual dos qubits atingiu uma taxa de precisão de 99,98%, demonstrando que é possível conciliar quantidade e qualidade nesses sistemas.
A equipe também provou que poderia mover os átomos por centenas de micrômetros enquanto preservava sua coerência quântica. Essa capacidade de transportar os qubits sem perturbar seu estado é crucial para as futuras aplicações. Ela permite, em particular, reorganizar dinamicamente a rede para otimizar as operações e facilitar a correção de erros, uma funcionalidade que distingue essa abordagem de outras plataformas quânticas.
Câmara contendo os 6.100 átomos presos por laser em um vácuo ultra-alto.
Crédito: Caltech/Lance Hayashida
As próximas etapas visam estabelecer ligações de emaranhamento quântico entre os qubits, um fenômeno onde as partículas se tornam correlacionadas e se comportam como um sistema único. Esse emaranhamento é indispensável para realizar cálculos quânticos completos e explorar plenamente o poder dessas máquinas. Ele abre caminho para simulações de fenômenos naturais atualmente fora de alcance e poderia revolucionar nossa compreensão do Universo em escala quântica.
A superposição quântica
A superposição quântica é um princípio fundamental da mecânica quântica que permite que uma partícula exista em vários estados simultaneamente. Ao contrário dos bits clássicos que só podem ser 0 ou 1, um qubit em superposição representa uma combinação desses dois estados. Essa propriedade é frequentemente ilustrada pelo famoso gato de Schrödinger, ao mesmo tempo vivo e morto até que seja observado.
A duração da superposição, chamada tempo de coerência, é um parâmetro crítico para os computadores quânticos. Quanto mais longa for, mais cálculos complexos podem ser realizados antes que os qubits percam suas propriedades quânticas. Os 13 segundos alcançados neste experimento representam uma melhoria significativa em relação aos sistemas anteriores.
Essa superposição permite que os computadores quânticos explorem simultaneamente muitas soluções para um problema, o que acelera consideravelmente certos tipos de cálculos. Ela é essencial para aplicações como a fatoração de grandes números ou a simulação de moléculas em química quântica.
O domínio da superposição também abre perspectivas para estudar os fundamentos da própria física quântica, permitindo que os pesquisadores testem teorias sobre a fronteira entre os mundos quântico e clássico.
Fonte: Nature