p Computadores quânticos baseados em spin têm o potencial de resolver problemas matemáticos difíceis que não podem ser resolvidos usando computadores comuns, mas muitos problemas permanecem para tornar essas máquinas escalonáveis. Agora, um grupo internacional de pesquisadores liderado pelo RIKEN Center for Emergent Matter Science criou uma nova arquitetura para a computação quântica. Ao construir um dispositivo híbrido feito de dois tipos diferentes de qubit - o elemento de computação fundamental dos computadores quânticos - eles criaram um dispositivo que pode ser inicializado e lido rapidamente, e isso simultaneamente mantém alta fidelidade de controle. p Em uma era em que os computadores convencionais parecem estar chegando ao limite, computadores quânticos - que fazem cálculos usando fenômenos quânticos - têm sido apontados como substitutos potenciais, e podem resolver os problemas de uma maneira muito diferente e potencialmente muito mais rápida. Contudo, provou-se difícil escalá-los até o tamanho necessário para realizar cálculos do mundo real.

p Em 1998, Daniel Loss, um dos autores do estudo atual, surgiu com uma proposta, junto com David DiVincenzo da IBM, construir um computador quântico usando os spins de elétrons embutidos em um ponto quântico - uma pequena partícula que se comporta como um átomo, mas isso pode ser manipulado, de modo que às vezes são chamados de "átomos artificiais". Desde então, Loss e sua equipe se esforçaram para construir dispositivos práticos.

p Existem várias barreiras para o desenvolvimento de dispositivos práticos em termos de velocidade. Primeiro, o dispositivo deve ser inicializado rapidamente. A inicialização é o processo de colocar um qubit em um determinado estado, e se isso não puder ser feito rapidamente, o dispositivo ficará lento. Segundo, deve manter a coerência por um tempo suficiente para fazer uma medição. Coerência se refere ao emaranhamento entre dois estados quânticos, e, finalmente, isso é usado para fazer a medição, então, se os qubits se tornam descoerentes devido ao ruído ambiental, por exemplo, o dispositivo se torna inútil. E finalmente, o estado final do qubit deve ser capaz de ser lido rapidamente.

p Embora vários métodos tenham sido propostos para a construção de um computador quântico, o proposto por Loss e DiVincenzo continua sendo um dos mais viáveis ​​na prática, porque é baseado em semicondutores, para o qual já existe uma grande indústria.

p Para o estudo atual, publicado em Nature Communications , a equipe combinou dois tipos de qubits em um único dispositivo. O primeiro, um tipo de qubit de rotação única denominado qubit Loss-DiVincenzo, tem fidelidade de controle muito alta - o que significa que está em um estado claro, tornando-o ideal para cálculos, e tem um longo tempo de decoerência, de modo que ficará em um determinado estado por um tempo relativamente longo antes de perder seu sinal para o ambiente.

p Infelizmente, a desvantagem desses qubits é que eles não podem ser inicializados rapidamente em um estado ou lidos. O segundo tipo, chamado de qubit singleto-tripleto, é rapidamente inicializado e lido, mas rapidamente se torna descoerente. Para o estudo, os cientistas combinaram os dois tipos com um tipo de portão quântico conhecido como portão de fase controlado, o que permitiu que os estados de spin fossem emaranhados entre os qubits em um tempo rápido o suficiente para manter a coerência, permitindo que o estado do qubit de spin único seja lido pela medição rápida de qubit singleto-tripleto.

p De acordo com Akito Noiri do CEMS, o principal autor do estudo, "Com este estudo, demonstramos que diferentes tipos de pontos quânticos podem ser combinados em um único dispositivo para superar suas respectivas limitações. Isso oferece informações importantes que podem contribuir para a escalabilidade dos computadores quânticos."