Cerca de 20 anos atrás, dois cientistas da computação propuseram uma técnica para teletransportar uma operação quântica especial entre dois locais, com o objetivo de tornar os computadores quânticos mais confiáveis.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Yale conseguiu transformar sua ideia em realidade, demonstrando uma abordagem prática para tornar escalável essa forma incrivelmente delicada de tecnologia.
Esses físicos desenvolveram um método prático para teletransportar uma operação quântica - ou portão - através de uma distância e medir seu efeito. Embora esse feito tenha sido feito antes, nunca foi feito em tempo real. Isso abre o caminho para o desenvolvimento de um processo que pode tornar a computação quântica modular e, portanto, mais confiável.
Ao contrário dos computadores comuns, que realizam seus cálculos com estados de realidade chamados bits (ligado ou desligado, 1 ou 0), os computadores quânticos operam com qubits - um estranho estado de realidade que dá nó em nossos cérebros, mas que possibilita o uso de uma matemática incrivelmente útil.
Nos computadores clássicos, os bits interagem com operações chamadas portas lógicas. Como a menor arena de gladiadores do mundo, dois bits entram, um bit sai. Os portões vêm em diferentes formas, selecionando um vencedor dependendo de sua regra particular.
Esses bits, canalizados através de portas, formam a base de praticamente qualquer cálculo que você possa imaginar, no que diz respeito aos computadores clássicos.
Mas os qubits oferecem uma unidade alternativa para basear os algoritmos. Mais do que apenas 1 ou 0, eles também fornecem uma mistura especial dos dois estados. É como uma moeda que está dentro de uma mão antes de sabermos se é cara ou coroa.
Em conjunto com uma versão quântica de uma porta lógica, os qubits podem fazer o que os bits clássicos não podem. Há apenas um problema - o estado indeterminado de 1 e 0 se transforma em 1 ou 0 definitivo quando se torna parte de um sistema medido.
Pior ainda, não é preciso muito para colapsar o qubit, o que significa que um computador quântico pode se tornar um peso de papel caro se esses componentes delicados não forem adequadamente escondidos de seu ambiente barulhento.
Neste momento, os engenheiros de computação quânticos estão super animados com dispositivos que conseguem atingir pouco mais de 70 qubits - o que é impressionante, mas os computadores quânticos apenas passarão à serem economicamente viáveis quando armazenam centenas, senão milhares de qubits.
Para tornar esse tipo de escala uma realidade, os cientistas precisam de truques adicionais. Uma opção seria tornar a tecnologia o mais modular possível, conectando sistemas quânticos menores a um maior, a fim de compensar os erros.
Mas para que isso funcione, as portas quânticas - aquelas operações especiais que lidam com o levantamento pesado de qubits - também precisam ser compartilhadas.
Informações de teletransporte, como um portão quântico, soam bastante como ficção científica. Mas obviamente não estamos falando sobre sistemas de transporte Star Trek aqui.
Na realidade, ele simplesmente se refere ao fato de que os objetos podem ter sua história entrelaçada, de modo que quando um é medido, o outro colapsa imediatamente em um estado relacionado, não importa quão longe esteja.
Isso já foi tecnicamente comprovado experimentalmente, mas, até agora, o processo não foi realizado de forma confiável e medido em tempo real, o que é crucial para se tornar parte de um computador prático.
"Em nosso trabalho, é a primeira vez que este protocolo foi demonstrado onde a comunicação clássica ocorre em tempo real, permitindo-nos implementar uma operação 'determinista' que realiza a operação desejada todas as vezes", diz o autor principal, Kevin Chou.
Os pesquisadores usaram qubits em chips de safira dentro de uma configuração de ponta para teletransportar um tipo de operação quântica chamada de porta NOT controlada. É importante ressaltar que, ao aplicar a codificação com correção de erros, o processo foi 79% confiável.
"É um marco para o processamento de informação quântica usando qubits corretíves a erros", diz o investigador principal Robert Schoelkopf.
É um pequeno passo no caminho para fazer módulos quânticos, mas essa prova de conceito mostra que os módulos ainda podem ser o caminho a percorrer no crescimento de computadores quânticos até a escala que precisamos.
Esta pesquisa foi publicada na Nature.
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