Um estudo conduzido por físicos da Swansea University no País de Gales, realizado por uma equipe internacional de pesquisadores e publicado na revista Revisão Física X mostra que as tecnologias de armadilha de íons disponíveis hoje são adequadas para a construção de computadores quânticos em grande escala. Os cientistas introduzem protocolos de correção de erros quânticos de íons presos que detectam e corrigem erros de processamento.

A fim de atingir todo o seu potencial, os protótipos de computador quântico de hoje devem atender a critérios específicos:primeiro, eles têm que ser maiores, o que significa que eles precisam consistir em um número consideravelmente maior de bits quânticos. Segundo, eles devem ser capazes de processar erros. "Ainda falhamos na execução de cálculos complexos porque o ruído ambiental e os erros fazem com que o sistema fique fora de controle, "diz o físico quântico Rainer Blatt em Innsbruck." Ao usar a correção de erros quânticos, podemos responder melhor a esse desafio. "Os computadores clássicos usam esquemas semelhantes para detectar e corrigir erros durante o armazenamento e a transferência de dados:Antes que os dados sejam armazenados e transferidos, redundância é adicionada aos dados geralmente na forma de bits adicionais detectando e corrigindo erros. Os cientistas desenvolveram esquemas comparáveis ​​para computadores quânticos, onde a informação quântica é codificada em vários bits quânticos físicos emaranhados. "Aqui, exploramos as propriedades da mecânica quântica para detecção e correção de erros, "explica Markus Müller da Swansea University, País de Gales. "Se pudermos manter o ruído abaixo de um certo limite, seremos capazes de construir computadores quânticos que podem realizar cálculos quânticos de complexidade arbitrária, aumentando o número de bits quânticos emaranhados de acordo. "

Capturando íons em um labirinto

Markus Müller e seu colega Alejandro Bermudez Carballo explicam que, para atingir esse objetivo, as capacidades das plataformas tecnológicas devem ser exploradas de forma otimizada. "Para uma correção de erro benéfica, precisamos de circuitos quânticos que sejam estáveis ​​e funcionem de forma confiável em condições realistas, mesmo se ocorrerem erros adicionais durante a correção de erros, ", explica Bermudez. Eles introduziram novas variantes de protocolos tolerantes a falhas e investigaram como eles podem ser implementados com as operações atualmente disponíveis em computadores quânticos. Os pesquisadores descobriram que uma nova geração de armadilhas iônicas segmentadas oferece condições ideais para o processo:Os íons podem ser transportados rapidamente em diferentes segmentos da matriz de armadilha. Processos precisamente sincronizados permitem operações paralelas em diferentes regiões de armazenamento e processamento. Ao usar dois tipos diferentes de íons em uma armadilha, os cientistas podem usar um tipo como transportador dos qubits de dados, enquanto o outro pode ser usado para medição de erro, supressão de ruído e resfriamento.

Uma nova geração de computadores quânticos

Com base na experiência experimental de grupos de pesquisa em Innsbruck, Mainz, Os pesquisadores de Zurich e Sydney definiram critérios que permitirão aos cientistas determinar se a correção de erros quânticos é benéfica. Ao usar essas informações, eles podem orientar o desenvolvimento de futuros computadores quânticos com armadilhas de íons com o objetivo de realizar um bit quântico lógico em um futuro próximo que, devido à correção de erros, excede as propriedades de um bit quântico físico puro.

O grupo de pesquisa de Simon Benjamin na Universidade de Oxford mostrou por meio de simulações numéricas complexas dos novos protocolos de correção de erros como o hardware da próxima geração de computadores quânticos com armadilhas de íons deve ser construído para ser capaz de processar informações com tolerância a falhas. "Nossos resultados numéricos mostram claramente que as tecnologias de última geração de armadilhas de íons são adequadas para servir como plataformas para a construção de computadores quânticos tolerantes a falhas em grande escala, "explica Benjamin.