Dê um salto:um trampolim microscópico pode ajudar os engenheiros a superar um grande obstáculo para os computadores quânticos, pesquisadores da CU Boulder e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) relatam um novo estudo.

A pesquisa visa uma etapa importante para a computação quântica prática:como você pode converter sinais de microondas, como os produzidos por chips quânticos feitos pelo Google, Intel e outras empresas de tecnologia, em feixes de luz que viajam por cabos de fibra óptica? Cientistas da JILA, um instituto conjunto de CU Boulder e NIST, acho que eles têm a resposta:eles projetaram um dispositivo que usa uma pequena placa para absorver a energia de microondas e refleti-la em luz laser.

O dispositivo pode pular essa lacuna com eficiência, também, disse o estudante de pós-graduação da JILA Peter Burns. Ele e seus colegas relatam que seu trampolim quântico pode converter micro-ondas em luz com uma taxa de sucesso de quase 50% - um limite fundamental que os especialistas dizem que os computadores quânticos precisarão atingir para se tornarem ferramentas cotidianas.

Burns disse que a pesquisa de sua equipe pode um dia ajudar engenheiros a conectar enormes redes de computadores quânticos.

"Atualmente, não há como converter um sinal quântico de um sinal elétrico em um sinal óptico, "disse Burns, um dos dois principais autores do novo estudo. "Estamos prevendo um crescimento na computação quântica e estamos tentando criar um link que possa ser usado por essas redes."

Tradução quântica

Essas redes estão no horizonte. Na última década, várias empresas de tecnologia fizeram incursões no projeto de chips quânticos protótipos. Esses dispositivos codificam informações no que os cientistas chamam de qubits, uma ferramenta de armazenamento mais poderosa do que os bits tradicionais que executam seu laptop doméstico. Mas obter as informações desses chips é uma tarefa difícil, disse Konrad Lehnert da JILA e co-autor da nova pesquisa.

Porque a interferência externa pode facilmente interromper os sinais quânticos, "você tem que ser cauteloso e gentil com as informações que envia, "disse Lehnert, um companheiro NIST.

Um grande desafio está na tradução. Chips quânticos de primeira linha, como o Bristlecone do Google ou o Tangle Lake da Intel, enviam dados na forma de fótons, ou pequenos pacotes de luz, que oscilam nas frequências de micro-ondas. Muitas das comunicações modernas, Contudo, depende de cabos de fibra ótica que só podem enviar luz ótica.

Em pesquisa publicada hoje em Física da Natureza , o grupo JILA enfrentou o desafio de encaixar um pino quadrado em um orifício redondo com uma pequena placa feita de nitreto de silício. A equipe relata que zapear esse trampolim com um feixe de fótons de micro-ondas faz com que ele vibre e ejete fótons de sua outra extremidade - exceto que esses fótons agora tremem em frequências ópticas.

Os pesquisadores conseguiram atingir esse salto, pule e salte com uma eficiência de 47 por cento, o que significa que para cada dois fótons de microondas que atingem a placa, perto de um fóton óptico saiu. É um desempenho muito melhor do que outros métodos para converter microondas em luz, como o uso de cristais ou ímãs, Disse Burns.

Ele acrescentou que o que é realmente impressionante sobre o dispositivo é seu silêncio. Mesmo nas instalações do laboratório ultrafrio, onde os chips quânticos são armazenados, vestígios de calor podem fazer o trampolim da equipe tremer. Este, por sua vez, envia fótons em excesso que contaminam o sinal. Para se livrar da desordem, os pesquisadores inventaram uma nova maneira de medir esse ruído e subtraí-lo de seus feixes de luz. O que resta é um sinal extremamente limpo.

"O que fazemos é medir esse ruído no lado do micro-ondas do dispositivo, e isso nos permite distinguir no lado óptico entre o sinal e o ruído, "Disse Burns.

Conectando-se à rede

A equipe precisará diminuir ainda mais o ruído para que o trampolim se torne uma ferramenta prática. Mas tem o potencial de permitir muitas conexões em rede. Mesmo com os avanços recentes em chips quânticos, dispositivos modernos ainda têm poder de processamento limitado. Uma maneira de contornar isso é unir muitos chips menores em um único processador de números, Lehnert disse.

"Está claro que estamos caminhando em direção a um futuro em que teremos pequenos protótipos de computadores quânticos, "Lehnert disse." Será um grande benefício se pudermos conectá-los em rede. "