Pesquisadores criam abordagem alternativa para avançar na computação quântica

Computadores quânticos podem prometer um grande salto de desempenho e eficiência, mas nada disso vai acontecer se não for descoberta uma maneira prática de construí-los. Cientistas russos acabam de anunciar o que dizem ser um grande avanço.

Construir computadores quânticos é difícil porque os qubits dos quais eles são feitos com tendem a ser altamente instáveis. Qubits são a contrapartida quântica dos bits usados na computação tradicional. Enquanto bits tradicionais representam dados como 0s ou 1s, qubits são distinguidos pelo que é conhecido como superposição, ou a capacidade de ser 0 e 1 ao mesmo tempo.

A superposição é o coração de um extraordinário potencial da computação quântica, mas também provou ser um grande desafio. Embora os cálculos exijam que qubits não só mantenham seu estado, mas também interajam uns com os outros, os objetos quânticos que têm sido usados para criar qubits – como íons ou elétrons -, até agora só foram capaz de manter um determinado estado quântico por pouco tempo. Em um sistema com dezenas ou centenas de qubits, o problema fica ainda mais complicado.

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É nesse ponto que os físicos do Moscow Institute of Physics and Technology e do Russian Quantum Center estão propondo uma abordagem diferente. Em vez de tentarem manter a estabilidade de um grande sistema qubit, eles procuraram aumentar a capacidade das unidades que fazem os cálculos. Para isso, eles se voltaram para o “qudit,” uma alternativa qubit.

Qudits são objetos quânticos para os quais o número de possíveis estados é maior que dois. Entre eles estão qutrits, que têm três estados potenciais, e ququarts, que possuem quatro. Devido a esses potenciais estados adicionais, são necessários menos qudits para fazer a mesma quantidade de trabalho. De acordo com Aleksey Fedorov, pesquisador do Russian Quantum Center, “um qudit com quatro ou cinco níveis é capaz de funcionar como um sistema de dois qubits ‘comuns’, e oito níveis é suficiente para imitar um sistema de três qubits”.

O pesquisador e seus colegas demonstraram que em um qudit com cinco níveis, criado usando um átomo artificial, é possível realizar cálculos quânticos completos. “Estamos fazendo um progresso significativo porque em determinadas implementações físicas é mais fácil de controlar qudits multiníveis do que um sistema do correspondente número de qubits”, disse Fedorov. “Isso significa que estamos um passo mais perto de criar um computador quântico de pleno direito”.

Os resultados dos pesquisadores foram publicados recentemente em uma série de artigos na Physical Review A, Physics Letters A, e Quantum Measurements and Quantum Metrology.

Com informações de PC World