p Em anos que virão, computadores quânticos e redes quânticas podem ser capazes de lidar com tarefas inacessíveis aos sistemas de computador tradicionais. Por exemplo, eles podem ser usados ​​para simular assuntos complexos ou permitir comunicações fundamentalmente seguras. p Os blocos de construção elementares dos sistemas de informação quântica são conhecidos como qubits. Para que a tecnologia quântica se torne uma realidade tangível, os pesquisadores precisarão identificar estratégias para controlar muitos qubits com taxas de precisão muito altas.

p Rotações de partículas individuais em sólidos, como elétrons e núcleos recentemente mostraram grande promessa para o desenvolvimento de redes quânticas. Enquanto alguns pesquisadores foram capazes de demonstrar um controle elementar desses qubits, até aqui, ninguém relatou estados quânticos emaranhados contendo mais de três spins.

p A fim de alcançar o poder computacional necessário para completar tarefas complexas, os registros quânticos devem ser significativamente maiores do que os realizados até agora. Contudo, controlar spins individuais em sistemas quânticos complexos e de forte interação tem se mostrado muito desafiador.

p Recentemente, uma equipe de pesquisadores da TU Delft e Element Six demonstrou com sucesso um registro de spin de dez qubit totalmente controlável com uma memória quântica de até um minuto. Suas descobertas, apresentado em um artigo publicado em Revisão Física X , poderia abrir caminho para o desenvolvimento de registros quânticos maiores e ainda controláveis, em última análise, abrindo novas possibilidades interessantes para a computação quântica.

p "O objetivo principal do nosso estudo foi realizar um sistema precisamente controlado de uma grande quantidade de qubits usando os spins dos átomos embutidos em um diamante, "Tim Taminiau, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse ao Phys.org por e-mail. "Esses spins são bits quânticos promissores para computação quântica e redes quânticas, mas os resultados anteriores foram limitados a apenas alguns qubits. O principal desafio aberto é que, por um lado, todos os spins no sistema devem ser acoplados para funcionar como um único processador quântico, mas por outro lado, isso torna difícil controlá-los seletivamente com alta precisão. "

p Taminiau e seus colegas desenvolveram com sucesso um método inteiramente novo para controlar vários qubits. Esta técnica usa um qubit de spin de elétron para controlar seletivamente muitos qubits de spin nuclear individuais, ao mesmo tempo que os desacopla e, assim, os protege de interações indesejadas no sistema.

p Usando o método deles, os pesquisadores foram capazes de controlar um número consideravelmente maior de giros em comparação com estudos anteriores, com precisão notavelmente alta. Eles aplicaram sua técnica a um sistema composto de 10 spins associados a um centro de vacância de nitrogênio (NV) em diamante. Este centro NV tem um spin de elétron fornecendo um qubit que pode ser lido opticamente (ou seja, pode-se determinar seu valor) e que pode ser controlado com pulsos de micro-ondas.

p "Este spin de elétron acopla-se a spins nucleares no meio ambiente, "Conor Bradley, um Ph.D. aluno e autor principal do estudo, explicou. "Um desses spin nuclear é o spin nuclear intrínseco do nitrogênio do NV. Os 8 qubits adicionais são spins nucleares do carbono-13 ao redor do NV. Naturalmente, cerca de 1,1 por cento dos átomos de carbono no diamante são carbono-13 e têm spin, ou seja, eles podem ser usados ​​como um qubit, os outros átomos de carbono são de carbono-12 e não possuem spin. "

p Embora os pesquisadores tenham aplicado seu método a um sistema específico de 10 qubit, eles acreditam que também poderia ser implementado em outros sistemas, incluindo outros centros de defeitos em diamante e carboneto de silício, pontos quânticos e doadores em silício. Cada um dos qubits hospedados por esses outros sistemas tem seus próprios pontos fortes para completar uma variedade de tarefas complexas.

p "A principal conquista de nosso estudo é um sistema quântico de 10 spin qubit que pode armazenar informações quânticas por longos períodos de até 75 segundos, "Taminiau disse." Embora outros pesquisadores tenham conseguido obter resultados semelhantes com íons presos no vácuo, esta combinação de muitos qubits, controle preciso e memória quântica de longa duração são exclusivos para bits quânticos baseados em chip. "

p O sistema demonstrado por Taminiau e seus colegas pode ser um bloco de construção chave para grandes redes quânticas nas quais vários centros NV, cada um fornecendo vários qubits, estão conectados opticamente. Essa capacidade particular já foi delineada e mostrada pelos pesquisadores em um estudo anterior.

p "Além da importância deste estudo como uma demonstração para sistemas de informação quântica maiores, este trabalho também fornece novos insights sobre a decoerência - a perda de informações quânticas - para spins em sólidos, "Taminiau disse.

p As descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores destacam a viabilidade de estudar como os estados emaranhados de múltiplos qubits de spin descomplicam, e também como as correlações no ambiente de ruído podem desempenhar um papel vital neste processo. O método que desenvolveram também abre novas possibilidades para a detecção quântica e imagens em escala atômica de spins individuais, onde o objetivo não é controlar os giros, mas sim detectá-los, a fim de reunir informações sobre amostras interessantes para estudos em química, biologia e ciência dos materiais.

p Em suas pesquisas futuras, Taminiau e seus colegas planejam demonstrar uma técnica chamada correção de erros quânticos. Este tipo específico de correção de erros pode ajudar a superar todas as imperfeições inevitáveis ​​dos sistemas quânticos existentes, em última análise, permitindo a criação de sistemas quânticos em grande escala.

p "Isso exigirá a codificação de estados quânticos em muitos qubits e a realização de medidas cuidadosas para detectar e corrigir erros sem perturbar as informações codificadas, "Taminiau acrescentou." Isso tem estado até agora fora do alcance de qualquer sistema, mas nossos resultados agora tornam possível buscar isso usando spins em diamante. " p © 2019 Science X Network