Cientistas do Instituto de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago fizeram duas descobertas na busca pelo desenvolvimento da tecnologia quântica. Em um estudo, eles entrelaçaram dois bits quânticos usando som pela primeira vez; noutro, eles construíram o link de longo alcance da mais alta qualidade entre dois qubits até o momento. O trabalho nos aproxima de aproveitar a tecnologia quântica para fazer computadores mais poderosos, sensores ultra-sensíveis e transmissões seguras.

"Ambos são passos transformadores para as comunicações quânticas, "disse o co-autor Andrew Cleland, o John A. MacLean Professor Sênior de Engenharia Molecular no IME e no Laboratório Nacional de Argonne, afiliado à UChicago. Líder no desenvolvimento de tecnologia quântica supercondutora, ele liderou a equipe que construiu a primeira "máquina quântica, "demonstrando o desempenho quântico em um ressonador mecânico." Um desses experimentos mostra a precisão e exatidão que agora podemos alcançar, e o outro demonstra uma nova habilidade fundamental para esses qubits. "

Cientistas e engenheiros veem um enorme potencial na tecnologia quântica, um campo que usa as propriedades estranhas das menores partículas da natureza para manipular e transmitir informações. Por exemplo, sob certas condições, duas partículas podem ser "emaranhadas" - seus destinos ligados mesmo quando não estão fisicamente conectados. Partículas emaranhadas permite que você faça todos os tipos de coisas legais, como transmitir informações instantaneamente para o espaço ou criar redes inquebráveis.

Mas a tecnologia tem um longo caminho a percorrer - literalmente:um grande desafio é enviar informações quânticas a qualquer distância substancial, ao longo de cabos ou fibras.

Em um estudo publicado em 22 de abril em Física da Natureza , O laboratório de Cleland foi capaz de construir um sistema de qubits supercondutores que trocavam informações quânticas ao longo de uma trilha de quase um metro de comprimento com fidelidade extremamente forte - com desempenho muito superior já demonstrado.

"O acoplamento foi tão forte que podemos demonstrar um fenômeno quântico chamado 'pingue-pongue quântico' - enviando e, em seguida, capturando fótons individuais conforme eles voltam, "disse Youpeng Zhong, um estudante de pós-graduação no grupo de Cleland e o primeiro autor do artigo.

Uma das descobertas dos cientistas foi construir o dispositivo certo para enviar o sinal. A chave era moldar os pulsos corretamente - em forma de arco, como abrir e fechar uma válvula lentamente, na taxa certa. Este método de 'estrangular' a informação quântica ajudou-os a alcançar tal clareza que o sistema poderia passar uma medida padrão ouro de emaranhamento quântico, chamado de teste de Bell. Esta é a primeira vez em qubits supercondutores, e pode ser útil para construir computadores quânticos, bem como para comunicações quânticas.

O outro estudo, publicado em 26 de abril em Ciência , mostra uma maneira de emaranhar dois qubits supercondutores usando som.

Um desafio para cientistas e engenheiros à medida que avançam a tecnologia quântica é ser capaz de traduzir sinais quânticos de um meio para outro. Por exemplo, a luz de microondas é perfeita para transportar sinais quânticos dentro dos chips. "Mas você não pode enviar informações quânticas através do ar em microondas; o sinal é simplesmente inundado, "Cleland disse.

A equipe construiu um sistema que poderia traduzir a linguagem de microondas dos qubits em som acústico e fazê-lo viajar pelo chip - usando um receptor na outra extremidade que poderia fazer a tradução reversa.

Exigiu alguma engenharia criativa:"Microondas e acústica não são amigos, então tivemos que separá-los em dois materiais diferentes e empilhá-los um em cima do outro, "disse Audrey Bienfait, pesquisador de pós-doutorado e primeiro autor do estudo. "Mas agora que mostramos que é possível, abre algumas novas possibilidades interessantes para sensores quânticos. "