Quem já tentou conduzir um grupo de turistas por uma cidade movimentada conhece o problema. Como você mantém o grupo unido quando eles são constantemente empurrados, sustentado e distraído pela confusão ao redor deles?
É um problema que os projetistas de computadores quânticos precisam enfrentar. Em alguns computadores quânticos futuros, a informação será codificada nos delicados estados quânticos de grupos de partículas. Estes enfrentam choques de ruído e desordem dentro dos materiais do processador. Agora, uma equipe internacional propôs um esquema que pode ajudar a proteger grupos de partículas e permitir que eles se movam juntos sem que ninguém se perca ou fique preso.
A proposta, publicado em 17 de novembro em Cartas de revisão física , vem de pesquisadores da National University of Singapore (NUS), Universidade Técnica de Creta, Universidade de Oxford e Google. Seu artigo apresenta um esquema que pode transportar de forma confiável estados quânticos de alguns fótons ao longo de uma linha de circuitos quânticos em miniatura. As simulações mostram que ele deve mover com eficiência um estado de três fótons de um local do circuito para o próximo em dezenas de locais:as partículas saltam juntas e finalmente aparecem na outra extremidade sem serem perturbadas, sem espalhar.
O esquema é baseado nas idéias do físico David J. Thouless, que ganhou metade do Prêmio Nobel de Física de 2016 por seu trabalho sobre efeitos topológicos em materiais. Os efeitos topológicos têm a ver com a geometria, e seu uso em computação quântica pode ajudar a proteger estados quânticos frágeis durante o processamento.
Uma das principais contribuições de Thouless foi a invenção do 'bombeamento topológico'. Isso funciona como a bomba de parafuso de Arquimedes para água. O parafuso do grego antigo gira, mas a água dentro dele viaja em linha reta colina acima. "Mesmo que o movimento da máquina seja cíclico, o movimento das partículas não é, eles se movem em linha, "explica Jirawat Tangpanitanon, primeiro autor do artigo e aluno de doutorado no grupo de Dimitris Angelakis no Center for Quantum Technologies (CQT) da NUS.
No esquema quântico, a rosca do parafuso não é uma estrutura física, mas um campo externo oscilante imposto às partículas pelo controle eletrônico sobre o dispositivo que as contém.
Angelakis começou seu grupo investigando o bombeamento topológico depois que outros em 2015 demonstraram o efeito para o indivíduo, não interagindo, partículas. Angelakis, O Tangpanitanon e o pesquisador Victor Bastidas queriam descobrir se também seria possível mover grupos de partículas de forma coerente.
A resposta é sim. O que mais, ao contrário da bomba de Arquimedes, que só pode mover a água em uma direção, as partículas quânticas podem até mesmo ser revertidas mudando as condições iniciais. "É como um moonwalk, "brinca Tangpanitanon. Parece que tudo deve seguir em frente, mas, em vez disso, as partículas retrocedem devido aos efeitos quânticos.
Coautor Pedram Roushan - parte do grupo do Google em Santa Bárbara, Califórnia construindo circuitos supercondutores para computação quântica - e a equipe espera ver a ideia implementada em hardware semelhante. “Este artigo é quase um projeto. Desenvolvemos a proposta para combinar os dispositivos existentes, "diz Angelakis, que é Pesquisador Principal da CQT e membro do corpo docente da Universidade Técnica de Creta.
