Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Bristol demonstrou que a luz pode ser usada para implementar um processador quântico multifuncional.

Este pequeno dispositivo pode ser usado como uma ferramenta científica para realizar uma ampla gama de experimentos de informação quântica, enquanto, ao mesmo tempo, mostra como os computadores quânticos totalmente funcionais podem ser projetados a partir de processos de fabricação em grande escala.

Eles fizeram isso projetando um chip de silício que guia partículas únicas de luz, chamados fótons em trilhas ópticas chamados guias de onda para codificar os chamados bits quânticos de informação chamados "qubits".

O esforço internacional está crescendo para desenvolver computadores quânticos como a próxima etapa no poder da computação, para aumentar os tipos de tarefas que os computadores podem resolver para nós.

Nos computadores desktop de hoje, supercomputadores e smartphones, os bits assumem a forma de "1" ou "0" e são o bloco de construção fundamental no qual se baseiam todos os computadores usados ​​atualmente na sociedade.

Em vez disso, os computadores quânticos são baseados em "qubits" que podem estar em uma superposição dos estados 0 e 1. Vários qubits também podem ser vinculados de uma maneira especial chamada de emaranhamento quântico. Essas duas propriedades físicas quânticas fornecem energia aos computadores quânticos.

Um desafio é fazer processadores quânticos que possam ser reprogramados para realizar diferentes tarefas, assim como temos computadores hoje que podem ser reprogramados para executar diferentes aplicativos.

Um segundo desafio é como fazer um computador quântico de forma que suas muitas partes possam ser feitas com altíssima qualidade e, em última análise, com baixo custo.

A equipe de Bristol tem usado chips fotônicos de silício como uma forma de tentar construir componentes de computação quântica em grande escala e o resultado de hoje, publicado no jornal Nature Photonics , demonstra que é possível controlar totalmente dois qubits de informação em um único chip integrado. Isso significa qualquer tarefa que pode ser realizada com dois qubits, pode ser programado e realizado com o dispositivo.

Autor principal, Dr. Xiaogang Qiang, que realizou o trabalho enquanto estudava para o doutorado. na Universidade de Bristol, e agora trabalha na Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa da China, disse:"O que demonstramos é uma máquina programável que pode fazer muitas tarefas diferentes.

"É um processador muito primitivo, porque só funciona em dois qubits, o que significa que ainda falta muito para que possamos fazer cálculos úteis com essa tecnologia.

"Mas o que é empolgante é que as diferentes propriedades da fotônica de silício que podem ser usadas para fazer um computador quântico foram combinadas em um único dispositivo.

"Isso é muito complicado de implementar fisicamente com luz usando abordagens anteriores."

O esforço de fotônica integrada começou em 2008 e foi uma resposta à crescente preocupação de que espelhos individuais e elementos ópticos são muito grandes e instáveis ​​para realizar os grandes circuitos complexos que um computador quântico será construído.

Dr. Jonathan Matthews, um membro da equipe de pesquisa baseada nos Laboratórios de Tecnologia de Engenharia Quântica (QET) da Universidade de Bristol, acrescentou:"Precisamos estudar como fazer computadores quânticos com tecnologia escalonável, que inclui tecnologia que sabemos que pode ser construída de forma incrivelmente precisa em uma escala tremenda.

“Achamos que o silício é um material promissor para fazer isso, em parte por causa de todo o investimento que já foi feito no desenvolvimento de silício para as indústrias de microeletrônica e fotônica. E os tipos de dispositivos desenvolvidos em Bristol, como o apresentado hoje, estão mostrando como os dispositivos quânticos podem ser bem projetados.

"Uma consequência da crescente sofisticação e funcionalidade desses dispositivos é que eles estão se tornando uma ferramenta de pesquisa por si só - usamos esse dispositivo para implementar vários experimentos de informação quântica usando quase 100, 000 configurações reprogramadas diferentes. "

O estudo é publicado em Nature Photonics .