Em um estudo inovador publicado na revista Nature, uma equipe de físicos liderada pela Dra. Michelle Simmons, da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) em Sydney, Austrália, demonstrou que a correção de erros quânticos em tempo real é viável em comunicações quânticas. Este avanço representa um passo significativo para garantir a transmissão de informações quânticas e pode revolucionar o futuro da computação quântica e da criptografia quântica.

A comunicação quântica, ao contrário da sua contraparte clássica, utiliza os princípios da mecânica quântica para transmitir informações. Isto oferece um potencial significativo para métodos de comunicação seguros e atraiu a atenção da comunidade científica. No entanto, a informação quântica é inerentemente frágil e propensa a erros, principalmente devido às interações com o seu entorno.

A correção quântica de erros (QEC) foi proposta como uma solução para esses desafios. Ao incorporar qubits redundantes nas informações transmitidas e realizar operações específicas, as técnicas de QEC podem detectar e corrigir erros que possam surgir durante a transmissão. No entanto, a abordagem convencional para QEC envolve interações multi-qubit complexas que necessitam de controle preciso e feedback em tempo real, que foram considerados obstáculos significativos à sua implementação.

Em seu estudo, a Dra. Simmons e seus colegas conseguiram superar esses desafios por meio de uma nova abordagem que envolve um sistema híbrido quântico-clássico. Eles realizaram QEC intercalando a computação quântica em qubits de estado sólido com a computação clássica em um array de portas programáveis ​​em campo (FPGA). Esta configuração permitiu a correção de erros em tempo real enquanto a informação quântica estava sendo transmitida.

A equipe implementou um protocolo QEC conhecido como código de três qubits. Este protocolo requer três qubits físicos para codificar um único qubit de informação quântica. Ao aproveitar o FPGA para monitoramento em tempo real, os erros foram detectados e corrigidos em tempo real, preservando a integridade das informações quânticas transmitidas.

A demonstração do QEC em tempo real é um grande avanço nas comunicações quânticas. Ele abre caminho para o desenvolvimento de redes de comunicação quântica mais confiáveis, que poderiam fornecer a base para protocolos de comunicação ultrasseguros e avanços na computação quântica e na detecção quântica.

Para compreender melhor o significado desta conquista, vamos nos aprofundar nas implicações e aplicações potenciais do QEC em tempo real nas comunicações quânticas:

1. Comunicação Segura:A comunicação quântica oferece a promessa de canais de comunicação inquebráveis, especialmente em cenários que envolvem troca de informações confidenciais ou comunicações diplomáticas. No entanto, salvaguardar a transmissão de informações quânticas contra erros e tentativas de escuta é fundamental para concretizar todo o potencial das redes quânticas. O QEC em tempo real aumenta a segurança das comunicações quânticas, detectando e corrigindo erros que podem surgir devido a ruídos e outros efeitos adversos.

2. Computação Quântica:O desenvolvimento de computadores quânticos tem atraído atenção considerável devido ao seu potencial de aceleração exponencial na resolução de problemas computacionais complexos que são atualmente intratáveis ​​com computadores clássicos. No entanto, os computadores quânticos são extremamente suscetíveis a erros, limitando as suas aplicações práticas. A capacidade de realizar QEC em tempo real abre novas possibilidades para alcançar computação quântica confiável, abordando e mitigando erros à medida que ocorrem durante os cálculos.

3. Detecção Quântica:Os sensores quânticos utilizam fenômenos quânticos para medir propriedades físicas com sensibilidade excepcional, superando em muito os sensores clássicos. O QEC em tempo real pode melhorar a exatidão e a precisão dos sensores quânticos, minimizando o impacto do ruído ambiental e outras fontes de erros que podem comprometer os resultados das medições. Isso poderia permitir avanços em campos como detecção biomédica, microscopia e detecção de ondas gravitacionais.

4. Metrologia Quântica:A metrologia quântica explora princípios quânticos para aumentar a precisão de várias medições, como cronometragem, medições de distância e detecção de campo magnético. O QEC em tempo real pode mitigar os efeitos da decoerência e da imprecisão, permitindo medições altamente precisas e melhor desempenho de dispositivos metrológicos quânticos.

Concluindo, a demonstração da correção de erros quânticos em tempo real por físicos da UNSW representa um marco significativo no campo das comunicações quânticas. Ao superar os desafios associados às abordagens convencionais de QEC, este avanço é uma promessa para o desenvolvimento de redes de comunicação quântica mais seguras e avanços na computação quântica, detecção quântica, metrologia quântica e tecnologias relacionadas.