Os físicos de Yale desenvolveram um gato corretor de erros - um novo dispositivo que combina o conceito de superposição do gato de Schrödinger (um sistema físico existente em dois estados ao mesmo tempo) com a capacidade de corrigir alguns dos erros mais complicados em uma computação quântica.

É o mais recente avanço de Yale no esforço de dominar e manipular a física necessária para um computador quântico útil:corrigir o fluxo de erros que surge entre fragmentos frágeis de informação quântica, chamados qubits, durante a execução de uma tarefa.

Um novo relatório de estudo sobre a descoberta aparece no jornal Natureza . O autor sênior é Michel Devoret, F.W. Beinecke, professor de Física e Física Aplicada de Yale. Os co-primeiros autores do estudo são Alexander Grimm, um ex-associado de pós-doutorado no laboratório de Devoret que agora é um cientista permanente no Instituto Paul Scherrer na Suíça, e Nicholas Frattini, um estudante de graduação no laboratório de Devoret.

Os computadores quânticos têm o potencial de transformar uma variedade de indústrias, de produtos farmacêuticos a serviços financeiros, permitindo cálculos que são ordens de magnitude mais rápidos do que os supercomputadores de hoje.

Yale - liderada por Devoret, Robert Schoelkopf, e Steven Girvin - continua a se basear em duas décadas de pesquisas quânticas inovadoras. A abordagem de Yale para construir um computador quântico é chamada de "circuito QED" e emprega partículas de luz de micro-ondas (fótons) em um ressonador de micro-ondas supercondutor.

Em um computador tradicional, as informações são codificadas como 0 ou 1. Os únicos erros que surgem durante os cálculos são "bit-flips, "quando um bit de informação acidentalmente muda de 0 para 1 ou vice-versa. A maneira de corrigir isso é criando redundância:usando três bits" físicos "de informação para garantir um bit" eficaz "- ou preciso.

Em contraste, bits de informação quântica - qubits - estão sujeitos a bit-flips e "phase-flips, "em que um qubit alterna aleatoriamente entre superposições quânticas (quando dois estados opostos existem simultaneamente).

Até agora, pesquisadores quânticos tentaram corrigir erros adicionando maior redundância, exigindo uma abundância de qubits físicos para cada qubit efetivo.

Digite o qubit do gato - nomeado em homenagem ao gato de Schrödinger, o famoso paradoxo usado para ilustrar o conceito de superposição.

A ideia é que um gato seja colocado em uma caixa lacrada com uma fonte radioativa e um veneno que será acionado se um átomo da substância radioativa se decompor. A teoria da superposição da física quântica sugere que, até que alguém abra a caixa, o gato está vivo e morto, uma superposição de estados. Abrir a caixa para observar o gato faz com que ele mude abruptamente seu estado quântico aleatoriamente, forçando-o a estar vivo ou morto.

"Nosso trabalho flui a partir de uma nova ideia. Por que não usar uma maneira inteligente de codificar informações em um único sistema físico para que um tipo de erro seja suprimido diretamente?" Devoret perguntou.

Ao contrário dos vários qubits físicos necessários para manter um qubit eficaz, um único qubit de gato pode evitar mudanças de fase por si só. O qubit cat codifica um qubit efetivo em superposições de dois estados dentro de um único circuito eletrônico - neste caso, um ressonador de microondas supercondutor cujas oscilações correspondem aos dois estados do qubit cat.

"Conseguimos tudo isso aplicando sinais de frequência de micro-ondas a um dispositivo que não é significativamente mais complicado do que um qubit supercondutor tradicional, "Grimm disse.

Os pesquisadores disseram que são capazes de mudar seu qubit de gato de qualquer um de seus estados de superposição para qualquer outro estado de superposição, no comando. Além disso, os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de ler - ou identificar - as informações codificadas no qubit.

"Isso torna o sistema que desenvolvemos um novo elemento versátil que, esperançosamente, encontrará seu uso em muitos aspectos da computação quântica com circuitos supercondutores, "Devoret disse.