Para criar grandes redes quânticas, os pesquisadores precisarão primeiro desenvolver repetidores quânticos eficientes. Um componente-chave desses repetidores são as memórias quânticas, que são os equivalentes quânticos das memórias de computador mais convencionais, como memórias de acesso aleatório (RAM).

Idealmente, uma memória quântica deve ser capaz de reter informações por períodos substanciais de tempo, armazenar verdadeiros estados quânticos, leia os dados de forma eficiente e opere em comprimentos de onda de telecomunicação de baixa perda. Embora as equipes de pesquisa tenham feito um grande progresso no desenvolvimento de memórias quânticas, nenhuma solução proposta até agora foi capaz de atender a todos esses requisitos simultaneamente.

Com isso em mente, pesquisadores da Delft University of Technology (TU Delft) decidiram desenvolver uma nova memória quântica mecânica com tempos de armazenamento suficientemente longos, uma alta eficiência de leitura, e a capacidade de operar em comprimentos de onda de telecomunicações. A memória que eles criaram, apresentado em um artigo publicado em Física da Natureza , poderia, em última análise, permitir a implementação prática de sistemas mecânicos com efeitos quânticos desenvolvidos em seus trabalhos anteriores.

"Temos trabalhado para mostrar os efeitos quânticos de sistemas mecânicos há alguns anos, e têm tido bastante sucesso na realização de vários estados quânticos, então, estamos realmente empurrando-os para uma direção de processamento de informação quântica, "Simon Gröblacher, professor da TU Delft, cujo grupo de pesquisa realizou o estudo, disse a Phys.org. "Para usar alguns desses dispositivos para processamento de informações quânticas, Contudo, um punho tem que mostrar que eles podem ser usados ​​para construir um repetidor quântico e o principal componente de um repetidor quântico é uma memória quântica. "

Quando eles começaram a trabalhar em sua memória quântica, Gröblacher e seus colegas estavam cientes de que os ressonadores mecânicos por trás de alguns de seus dispositivos podiam suportar vidas muito longas. Portanto, eles queriam testá-los para ver quais tempos de armazenamento eles poderiam suportar, ao mesmo tempo que investiga sua coerência (ou seja, com que rapidez eles seriam defasados).

"Projetamos um sistema com vida útil de alguns milissegundos, com base em nosso trabalho anterior, em seguida, testei e descobri que seu tempo de armazenamento era de fato em torno de dois milissegundos., "Gröblacher disse." Como um segundo passo, tivemos que verificar se os estados quânticos e suas informações de fase foram preservados ao longo desse tempo. Para fazer isso, criamos uma superposição do sistema mecânico e observamos como a fase na superposição evoluiria ao longo do tempo. "

Quando os pesquisadores avaliaram pela primeira vez sua memória quântica, eles descobriram que seu estado de superposição decaiu mais rápido do que o tempo de vida total. Isso estava longe de ser um resultado surpreendente, como muitos sistemas desenvolvidos anteriormente foram encontrados para apresentar o mesmo padrão de decaimento. Gröblacher e seus colegas se propuseram a explorar mais essa descoberta, a fim de compreender melhor os mecanismos por trás desse curto tempo de decoerência.

"O objetivo geral do nosso estudo era mostrar que a mecânica pode de fato ser usada como uma memória quântica e conseguimos isso, "Gröblacher disse." Notavelmente, é a primeira vez que alguém mostra isso. "

A memória quântica desenvolvida por Gröblacher e seus colegas tem várias características vantajosas. Um dos principais é que é totalmente projetável, o que significa que os comprimentos de onda ópticos nos quais opera são selecionáveis, já que as ressonâncias óticas e mecânicas do sistema são totalmente artificiais. Os pesquisadores os projetaram usando um computador e, em seguida, fabricaram o dispositivo de acordo.

"Muitos sistemas quânticos normalmente usam ressonância que ocorre naturalmente, como uma ressonância atômica ou de terra rara, que os ligava a certos comprimentos de onda, "Gröblacher disse." Nosso, por outro lado, é totalmente projetado, para que possamos escolher onde trabalhar. Em nosso estudo, escolhemos 1550 nanômetros, pois queríamos que nosso sistema funcionasse no comprimento de onda da banda de telecomunicações de baixa perda. "

Enquanto muitas memórias quânticas desenvolvidas anteriormente alcançaram resultados promissores, muito poucos deles eram capazes de operar em comprimentos de onda de telecomunicações (cerca de 1550 nanômetros), que são essencialmente os comprimentos de onda em que todas as telecomunicações ocorrem em longas distâncias. Além disso, as memórias que eram capazes de operar nesses comprimentos de onda eram muito complexas ou tinham uma vida útil extremamente curta.

“Pudemos mostrar que nossa memória tem um tempo de vida satisfatório e coerência de memória, enquanto cria com sucesso o estado de superposição, "Gröblacher disse." Outros sistemas existentes com estados de superposição de mecânica eram muito diferentes e fomos os primeiros a atender aos principais requisitos de memória quântica com um sistema opto-mecânico. "

A memória quântica criada por Gröblacher e seus colegas ainda é uma prova de conceito, mas seu desempenho é muito promissor. Em seus estudos futuros, os pesquisadores gostariam de obter uma melhor compreensão de por que a defasagem de um estado quântico acontece mais rápido do que seu tempo de vida, a fim de mitigar esse efeito.

"Gostaríamos de descobrir como evitar uma coerência tão curta, talvez através de um design diferente que possa ajudar a nossa compreensão dos mecanismos microscópicos subjacentes, "Gröblacher disse." Além disso, planejamos aumentar a eficiência geral de nossa memória (ou seja, com que eficiência ele pode escrever e ler um estado). "

Nos próximos anos, Gröblacher e seus colegas esperam poder melhorar ainda mais o desempenho de sua memória quântica para facilitar sua implementação prática. Além disso, o esquema óptico que eles propuseram poderia inspirar o desenvolvimento de outros componentes da memória quântica. O objetivo final dos pesquisadores é usar a memória quântica que eles criaram para habilitar grandes redes quânticas.

"A principal aplicação da nossa memória seria como parte de uma rede quântica ou repetidor quântico, "Gröblacher disse." Sua mecânica poderia atuar como um elemento de memória que permite conexões com outros sistemas quânticos, como qubits supercondutores, que são muito bons em realizar processamento de computação quântica. Achamos que seria muito interessante usar nosso sistema como um sistema quântico híbrido em tal rede. "

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