Os pesquisadores demonstraram portões quânticos holonômicos sob campo magnético zero em temperatura ambiente, que poderia permitir a realização de computadores quânticos universais rápidos e tolerantes a falhas.

Um computador quântico é uma máquina teórica com potencial para resolver problemas complexos com muito mais rapidez do que os computadores convencionais. Os pesquisadores estão atualmente trabalhando na próxima etapa da computação quântica - construir um computador quântico universal.

O papel, publicado no jornal Nature Communications , relata a demonstração experimental de portões quânticos holonômicos não adiabáticos e não abelianos sobre um qubit de spin geométrico em um elétron ou núcleo de nitrogênio, que abre caminho para a realização de um computador quântico universal.

A fase geométrica é atualmente uma questão chave na física quântica. Uma porta quântica holonômica que manipula puramente a fase geométrica no sistema degenerado do estado fundamental é considerada uma forma ideal de construir um computador quântico universal tolerante a falhas. O portão de fase geométrica ou portão quântico holonômico foi experimentalmente demonstrado em vários sistemas quânticos, incluindo centros de vacância de nitrogênio (NV) em diamante. Contudo, experimentos anteriores exigiam microondas ou ondas de luz para manipular o subespaço não degenerado, levando à degradação da fidelidade da porta devido à interferência indesejada da fase dinâmica.

"Para evitar interferências indesejadas, usamos um subespaço degenerado do qutrit de spin tripleto para formar um qubit lógico ideal, que chamamos de qubit de spin geométrico, em um centro NV. Este método facilitou portas geométricas rápidas e precisas a uma temperatura abaixo de 10 K, e a fidelidade do portão foi limitada pelo relaxamento radiativo, "diz o autor correspondente, Professor Hideo Kosaka, da Universidade Nacional de Yokohama." Com base neste método, em combinação com microondas polarizadas, obtivemos sucesso na manipulação da fase geométrica em um centro NV em diamante sob um campo magnético zero à temperatura ambiente. "

O grupo também demonstrou uma porta holonômica de dois qubit para mostrar universalidade ao manipular o emaranhamento elétron-núcleo. O esquema renderiza uma porta puramente holonômica sem exigir uma lacuna de energia, que teria induzido interferência de fase dinâmica para degradar a fidelidade da porta, e assim permite rápido, controle preciso sobre a memória quântica de longa duração, um passo em direção à realização da interface de repetidores quânticos entre computadores quânticos universais e redes de comunicação seguras.