Técnica protege operações para computação quântica

A ideia de criar um computador quântico envolve a evolução temporal de uma ou mais partículas interagentes segundo as leis da Mecânica Quântica para executar operações lógicas da matemática. Esta é uma das mais férteis fronteiras da física atual, mas enfrenta problemas, sendo os mais comumente encontrados relacionados à fragilidade dos estados quânticos – basta uma interação indesejada envolvendo a(s) partícula(s) que a evolução temporal pretendida é adulterada, invalidando os resultados.

Tais perturbações, não controláveis, provocam o fenômeno conhecido como descoerência, que leva à perda da informação quântica. Progresso no sentido de preservar tais informações foi obtido por um grupo de pesquisadores do Brasil e da Alemanha, através de um esquema para proteger qubits (quantum bits) de spin e realizar as operações desejadas.

“O desacoplamento dinâmico é uma técnica que permite proteger o qubit contra os efeitos da descoerência”, explica Alexandre M. Souza, pesquisador do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), no Rio de Janeiro. Ele é um dos quatro autores, dentre os quais também figuram Frederico Dias Brandão, Jingfu Zhang e Dieter Suter, da Universidade de Dortmund, na Alemanha.

“O que nós fizemos foi criar uma maneira simples de combinar o desacoplamento dinâmico com as operações quânticas, assim fomos capazes de proteger o qubit e ao mesmo tempo aplicar operações lógicas quânticas. Nós mostramos que é possível implementar operações quânticas com alta fidelidade mesmo quando os efeitos da descoerência já deveriam ter destruído o estado quântico do sistema.”

A técnica, que envolveu a proteção do spin de um elétron manipulado no interior de um cristal de diamante, atingiu fidelidades acima de 98%. Os resultados foram publicados na edição da “Physical Review Letters” de 7 de fevereiro.

Para ler o artigo, clique aqui (acesso livre) ou aqui (para assinantes). Abaixo, uma pequena entrevista com um dos autores.

Jogo rápido, com Alexandre M. Souza (CBPF)

SBF - O trabalho de vocês usa diamantes. Qual é a vantagem de usá-lo?

Souza - Uma das vantagem é que nesse sistema os qubits possuem coerência quântica mesmo na temperatura ambiente, ou seja, em princípio seria possível fazer computação quântica sem a necessidade de temperaturas muito baixas. É importante ressaltar que esse sistema tem sido considerado como forte candidato para implementar computação quântica e também metrologia quântica.

SBF - Computação quântica é uma área muito promissora, mas quão perto estamos de computadores quânticos efetivos?

Souza - Acredito que ainda muito longe de um computador quântico universal, que possa ser programável para resolver diversos problemas. É possível que os primeiros computadores sejam máquinas dedicadas para fazer cálculos específicos. Acredito que outras aplicações, tais como transmissão de informação quântica e metrologia quântica, poderão se tornar uma realidade prática antes da computação quântica.

SBF - Qual é o próximo passo da pesquisa de vocês?

Souza - Nessa linha de pesquisa o próximo passo seria estender esse trabalho para mais qubits, pois aqui nós demonstramos proteção contra a descoerência somente sobre um único qubit.

 

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