Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) apresentaram um plano detalhado de como bits quânticos mais rápidos e mais bem definidos - qubits - podem ser criados. Os elementos centrais são átomos magnéticos da classe dos chamados metais de terras raras, que seria implantado seletivamente na estrutura cristalina de um material. Cada um desses átomos representa um qubit. Os pesquisadores demonstraram como esses qubits podem ser ativados, enredado, usados ​​como bits de memória, e leia em voz alta. Eles já publicaram seu conceito de design e cálculos de apoio na revista PRX Quantum.

No caminho para os computadores quânticos, um requisito inicial é criar os chamados bits quânticos ou 'qubits':bits de memória que podem, ao contrário dos bits clássicos, assumir não apenas os valores binários de zero e um, mas também qualquer combinação arbitrária desses estados. "Com isso, um tipo inteiramente novo de computação e processamento de dados se torna possível, que para aplicações específicas significa uma enorme aceleração do poder de computação, "explica o pesquisador do PSI Manuel Grimm, primeiro autor de um novo artigo sobre o tema dos qubits.

Os autores descrevem como bits lógicos e operações básicas de computador neles podem ser realizadas em um sólido magnético:os qubits residiriam em átomos individuais da classe dos elementos de terras raras, construído na estrutura de cristal de um material hospedeiro. Com base na física quântica, os autores calculam que o spin nuclear dos átomos de terras raras seria adequado para uso como um transportador de informações, isso é, um qubit. Eles ainda propõem que pulsos de laser direcionados podem transferir momentaneamente a informação para os elétrons do átomo e, assim, ativar os qubits, por meio do qual suas informações se tornam visíveis para os átomos circundantes. Dois desses qubits ativados se comunicam entre si e, portanto, podem ser "emaranhados". O emaranhamento é uma propriedade especial dos sistemas quânticos de múltiplas partículas ou qubits que é essencial para os computadores quânticos:O resultado da medição de um qubit depende diretamente dos resultados da medição de outros qubits, e vice versa.

Mais rápido significa menos sujeito a erros

Os pesquisadores demonstram como esses qubits podem ser usados ​​para produzir portas lógicas, mais notavelmente a 'porta NÃO controlada' (porta CNOT). As portas lógicas são os blocos de construção básicos que os computadores clássicos também usam para realizar cálculos. Se um número suficiente de portas CNOT, bem como portas de qubit único, forem combinadas, toda operação computacional concebível torna-se possível. Portanto, eles formam a base dos computadores quânticos.

Este artigo não é o primeiro a propor portas lógicas baseadas em quantum. "Nosso método de ativar e enredar os qubits, Contudo, tem uma vantagem decisiva sobre as propostas comparáveis ​​anteriores:é pelo menos dez vezes mais rápido, "diz Grimm. A vantagem, no entanto, não é apenas a velocidade com que um computador quântico baseado neste conceito poderia calcular; sobre tudo, trata da suscetibilidade do sistema a erros. "Qubits não são muito estáveis. Se os processos de emaranhamento forem muito lentos, há uma probabilidade maior de que alguns dos qubits percam suas informações nesse ínterim, "Grimm explica. Em última análise, o que os pesquisadores do PSI descobriram é uma maneira de tornar este tipo de computador quântico não apenas pelo menos dez vezes mais rápido do que sistemas comparáveis, mas também menos sujeito a erros pelo mesmo fator.