Um dos principais obstáculos que os designers de computadores quânticos enfrentam - corrigir os erros que ocorrem nos cálculos de um processador - poderia ser superado com uma nova abordagem por físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), a Universidade de Maryland e o Instituto de Tecnologia da Califórnia, que pode ter encontrado uma maneira de projetar interruptores de memória quântica que se auto-corrigiriam.

O artigo teórico da equipe, que aparece hoje no jornal Cartas de revisão física , sugere um caminho mais fácil para criar bits quânticos estáveis, ou qubits, que normalmente estão sujeitos a distúrbios e erros ambientais. Encontrar métodos para corrigir esses erros é um grande problema no desenvolvimento de computadores quânticos, mas a abordagem da equipe de pesquisa para o projeto de qubit pode contornar o problema.

"A correção de erros complica uma situação já complicada. Geralmente, requer que você inclua qubits adicionais e faça medições adicionais para encontrar os erros, tudo o que normalmente leva a uma grande sobrecarga de hardware, "disse o primeiro autor Simon Lieu, que trabalha no Joint Quantum Institute (JQI) e no Joint Center for Quantum Information and Computer Science (QuICS), ambas as colaborações entre o NIST e a Universidade de Maryland. "Nosso esquema é passivo e autônomo. Ele faz todo o trabalho extra automaticamente."

Os designers estão experimentando muitas abordagens para construir qubits. Uma arquitetura promissora é chamada de ressonador de cavidade fotônica. Dentro de seu pequeno volume, vários fótons podem ser direcionados para saltar para a frente e para trás entre as paredes reflexivas da cavidade. Os fótons, manifestando suas propriedades ondulatórias na cavidade, combinam-se para formar padrões de interferência semelhantes a ondulações. Os próprios padrões contêm as informações do qubit. É um arranjo delicado que, como ondulações na superfície de um lago, tende a se dissipar rapidamente.

Também é facilmente perturbado. Trabalhar, os qubits precisam de paz e sossego. O ruído do ambiente circundante - como calor ou campos magnéticos emitidos por outros componentes próximos - pode perturbar o padrão de interferência e arruinar o cálculo.

Em vez de construir um sistema elaborado para detectar, medir e compensar ruídos e erros, os membros da equipe perceberam que, se o suprimento de fótons na cavidade for constantemente atualizado, a informação quântica do qubit pode suportar certas quantidades e tipos de ruído.

Como a cavidade pode conter muitos fótons, um qubit envolve um número substancial deles, construir em alguma redundância. Em alguns projetos de qubit, vazar fótons para o ambiente - uma ocorrência comum - significa que as informações se perdem. Mas, em vez de se defender contra esse tipo de vazamento, a abordagem da equipe o incorpora. Os fótons remanescentes em suas cavidades sustentariam o padrão de interferência por tempo suficiente para que mais fótons entrassem e substituíssem os que faltavam.

Um fluxo constante de fótons frescos também significaria que se alguns fótons na cavidade fossem corrompidos pelo ruído, eles seriam eliminados com rapidez suficiente para que o dano não fosse catastrófico. O padrão de interferência pode oscilar por um momento, como as ondulações de uma lagoa aconteceriam se uma pequena pedra caísse com um respingo perturbador, mas as fontes pulsantes das ondulações permaneceriam consistentes, ajudando o padrão - e suas informações quânticas - a se reafirmar rapidamente.

"É como adicionar água doce, "Lieu disse." Sempre que a informação é contaminada, o fato de você empurrar água e limpar seus canos dinamicamente o mantém resistente a danos. Essa configuração geral é o que mantém seu estado estável forte. "

A abordagem não tornaria os qubits resistentes a todos os tipos de erros, Lieu disse. Algumas perturbações ainda seriam qualificadas como respingos dramáticos demais para o sistema lidar. Além disso, o conceito se aplica principalmente às cavidades fotônicas que a equipe considerou e não ajudaria necessariamente a fortalecer outros projetos de qubit importantes.

O método proposto adiciona a um arsenal de técnicas promissoras de correção de erros de computador quântico, como qubits "topológicos", que também seria autocorretivo, mas requer materiais exóticos ainda a serem feitos. Embora a equipe espere que a nova abordagem seja particularmente útil para a computação quântica baseada em fótons de micro-ondas em arquiteturas supercondutoras, ele também pode encontrar aplicações em computação baseada em fótons ópticos.

O trabalho da equipe baseia-se em esforços teóricos e experimentais anteriores em qubits fotônicos. Lieu disse que outros físicos já estabeleceram a maior parte das bases necessárias para testar experimentalmente a proposta da equipe.

"Estamos planejando entrar em contato com experimentalistas para testar a ideia, "ele disse." Eles só precisariam colocar alguns ingredientes existentes juntos. "

Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.