Cientistas da Universidade de Sydney adaptaram técnicas de veículos autônomos e robótica para avaliar com eficiência o desempenho de dispositivos quânticos, um processo importante para ajudar a estabilizar as tecnologias emergentes.

A abordagem inovadora demonstrou experimentalmente superar a caracterização simplista desses ambientes por um fator de três, com um resultado muito maior para ambientes simulados mais complexos.

"Usando esta abordagem, podemos mapear o 'ruído' que causa variações de desempenho em dispositivos quânticos pelo menos três vezes mais rápido que uma abordagem de força bruta, "disse o autor principal Riddhi Gupta, um Ph.D. aluno da Escola de Física. "Avaliar rapidamente o ambiente de ruído pode nos ajudar a melhorar a estabilidade geral dos dispositivos quânticos."

A pesquisa foi publicada na revista Nature Partner Informação Quântica .

A computação quântica ainda está em seus estágios iniciais de desenvolvimento, mas promete revolucionar a tecnologia, resolvendo problemas além do escopo da computação clássica.

Uma das barreiras para desenvolver esses sistemas em escala prática é superar as imperfeições do hardware. As unidades básicas da tecnologia quântica - bits quânticos, ou qubits - são altamente sensíveis à perturbação de seus ambientes, como 'ruído' eletromagnético, e exibem variações de desempenho que reduzem sua utilidade.

Sra. Gupta, também faz parte do ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems, pegou técnicas de estimativa clássica usadas em robótica e as adaptou para melhorar o desempenho do hardware. Isso é obtido por meio da automação eficiente de processos que mapeiam o ambiente e as variações de desempenho em grandes dispositivos quânticos.

“Nossa ideia era adaptar algoritmos usados ​​em robótica que mapeiam o ambiente e colocam um objeto em relação a outros objetos em seu terreno estimado, "Ela disse." Nós efetivamente usamos alguns qubits no dispositivo como sensores para ajudar a entender o terreno clássico no qual outros qubits estão processando informações. "

Na robótica, máquinas dependem de localização e mapeamento simultâneos, ou SLAM, algoritmos. Dispositivos como aspiradores de pó robóticos estão continuamente mapeando seus ambientes e, em seguida, estimando sua localização dentro desse ambiente, a fim de se moverem.

A dificuldade em adaptar algoritmos SLAM para sistemas quânticos é que, se você medir, ou caracterizar, o desempenho de um único qubit, você destrói sua informação quântica.

O que a Sra. Gupta fez foi desenvolver um algoritmo adaptativo que mede o desempenho de um qubit e usa essa informação para estimar as capacidades dos qubits próximos.

"Chamamos isso de 'Mapeamento de ruído para arquiteturas quânticas'. Em vez de estimar o ambiente clássico para cada qubit, somos capazes de automatizar o processo, reduzindo o número de medições e qubits necessários, o que acelera todo o processo, "Disse a Sra. Gupta.

Dr. Cornelius Hempel, cuja equipe experimental forneceu a Sra. Gupta dados de experimentos em uma cadeia unidimensional de íons aprisionados, disse que ficou satisfeito em ver uma melhoria tripla, mesmo no mapeamento de um sistema quântico tão pequeno.

"Contudo, quando Riddhi modelou este processo em um sistema maior e mais complexo, a melhora na velocidade chegou a vinte vezes. Este é um ótimo resultado, dado que o futuro do processamento quântico está em dispositivos maiores, " ele disse.

O supervisor da Sra. Gupta é o professor Michael J. Biercuk, fundador da empresa de tecnologia quântica Q-CTRL e diretor do Laboratório de Controle Quantum da University of Sydney no Sydney Nanoscience Hub.

Ele disse:"Este trabalho é uma demonstração empolgante de que o conhecimento de ponta em robótica pode moldar diretamente o futuro da computação quântica. Este foi um primeiro passo para unificar os conceitos desses dois campos, e vemos um futuro muito brilhante para o desenvolvimento contínuo da engenharia de controle quântico. "