Um computador quântico funcional é uma das promessas mais intrigantes da tecnologia quântica. Com poder de computação significativamente aumentado, computadores quânticos serão capazes de resolver tarefas que os computadores convencionais não podem realizar, como compreender e inventar novos materiais ou produtos farmacêuticos, bem como testar os limites das técnicas criptográficas.

Como em computadores convencionais, o termo bit quântico ou qubit refere-se à unidade básica da informação quântica. Atualmente, as abordagens mais avançadas para realizá-los são circuitos supercondutores e íons aprisionados. O primeiro armazena informações quânticas em componentes eletrônicos, o último em diferentes níveis de energia de átomos individuais. Usando circuitos supercondutores, pesquisadores recentemente conseguiram demonstrar que os computadores quânticos são capazes de realizar tarefas altamente especializadas que os computadores convencionais não conseguem realizar. Contudo, em contraste com qualquer outra abordagem, íons produzem taxas de erro significativamente mais baixas nas operações.

Para reduzir ainda mais as taxas de erro e fornecer operações confiáveis ​​com muito mais rapidez, pesquisadores da Leibniz University Hannover e Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) desenvolveram um novo método. Suas descobertas foram publicadas na última edição da revista científica Cartas de revisão física .

Em sua abordagem, íons são aprisionados sob vácuo usando campos elétricos acima de uma estrutura de chip. As operações Qubit são implementadas enviando sinais de micro-ondas por meio de circuitos condutores especiais embutidos na estrutura do chip. Usualmente, as operações lógicas são realizadas por meio de feixes de laser controlados com extremo cuidado. O uso de campos de micro-ondas tem a vantagem de serem relativamente fáceis de controlar e uma tecnologia altamente madura, uma vez que são onipresentes em vários produtos, de aviões a telefones celulares.

No âmbito do estudo, pesquisadores investigaram os métodos mais eficientes para operações em qubits. Esta também é uma questão altamente relevante em chips de computador convencionais, já que a quantidade de energia necessária por operação determina quantos deles podem ser processados ​​por segundo antes que o chip comece a superaquecer. Em relação aos computadores quânticos de micro-ondas com armadilha de íons, os pesquisadores conseguiram demonstrar que pulsos de microondas com formato específico, onde o campo é ligado e desligado suavemente, produzem taxas de erro 100 vezes menores do que aquelas em que os campos são simplesmente ligados e desligados - com a mesma entrada de energia e apesar da presença de ruído. Para este propósito, a equipe introduziu ruído adicional e cuidadosamente controlado no experimento e determinou erros de operação para vários níveis de ruído injetado, bem como para ambas as formas de pulso. "Isso fez uma grande diferença para o nosso experimento, "disse Giorgio Zarantonello, um dos autores do estudo. "No passado, encontrar operações adequadas envolvia muita tentativa e erro, bem como um longo processo de otimização antes de capturar um momento com muito pouco ruído. Tudo o que precisamos fazer agora é ligar o experimento e ele funcionará. "

Depois de demonstrar que as operações básicas com baixas taxas de erro são viáveis, os pesquisadores agora pretendem transferir suas descobertas para tarefas mais complexas. A intenção é atingir menos de um erro a cada dez mil operações, que é quando o dimensionamento para um grande número de qubits se torna eficiente. Para esta tarefa, eles já desenvolveram uma tecnologia de microfabricação patenteada que suporta o armazenamento e manipulação de um grande número de qubits em estruturas de chip.