Em um avanço para a computação quântica, Pesquisadores da Universidade de Chicago enviaram estados de qubit emaranhados por meio de um cabo de comunicação que liga um nó da rede quântica a um segundo nó.

Os pesquisadores, baseado na Pritzker School of Molecular Engineering (PME) da University of Chicago, também ampliou um estado emaranhado através do mesmo cabo primeiro usando o cabo para emaranhar dois qubits em cada um dos dois nós, em seguida, enredar esses qubits ainda mais com outros qubits nos nós.

Os resultados, publicado em 24 de fevereiro, 2021 dentro Natureza , poderia ajudar a tornar a computação quântica mais viável e estabelecer as bases para futuras redes de comunicação quântica.

"O desenvolvimento de métodos que nos permitem transferir estados emaranhados será essencial para dimensionar a computação quântica, "disse o Prof. Andrew Cleland, quem liderou a pesquisa.

Envio de fótons emaranhados por meio de uma rede

Qubits, ou bits quânticos, são as unidades básicas de informação quântica. Explorando suas propriedades quânticas, como superposição, e sua capacidade de se enredar, cientistas e engenheiros estão criando computadores quânticos de próxima geração que serão capazes de resolver problemas anteriormente insolúveis.

Cleland Lab usa qubits supercondutores, minúsculos circuitos criogênicos que podem ser manipulados eletricamente.

Para enviar os estados emaranhados através do cabo de comunicação - um cabo supercondutor de um metro de comprimento - os pesquisadores criaram uma configuração experimental com três qubits supercondutores em cada um dos dois nós. Eles conectaram um qubit em cada nó ao cabo e, em seguida, enviaram estados quânticos, na forma de fótons de microondas, através do cabo com perda mínima de informações. A natureza frágil dos estados quânticos torna esse processo bastante desafiador.

Ex-colega de pós-doutorado de Cleland, primeiro autor do artigo Youpeng Zhong, foi capaz de desenvolver um sistema no qual todo o processo de transferência - nó a cabo e nó - leva apenas algumas dezenas de nanossegundos (um nanossegundo é um bilionésimo de segundo). Isso permitiu que eles enviassem estados quânticos emaranhados com muito pouca perda de informação.

O sistema também permitiu que eles "amplificassem" o emaranhamento dos qubits. Os pesquisadores usaram um qubit em cada nó e os enredaram, essencialmente, enviando meio fóton através do cabo. Eles então estenderam esse emaranhamento aos outros qubits em cada nó. Quando eles terminaram, todos os seis qubits em dois nós foram emaranhados em um único estado globalmente emaranhado.

Criando uma escala, computador quântico em rede

No futuro, computadores quânticos provavelmente serão construídos a partir de módulos onde famílias de qubits emaranhados conduzem uma computação. Esses computadores podem, em última análise, ser construídos a partir de muitos desses módulos em rede, semelhante a como os supercomputadores hoje conduzem computação paralela em muitas unidades centrais de processamento conectadas umas às outras. A capacidade de enredar remotamente qubits em diferentes módulos, ou nós, é um avanço significativo para permitir essas abordagens modulares.

"Esses módulos precisarão enviar estados quânticos complexos entre si, e este é um grande passo em direção a isso, "Cleland disse. Uma rede de comunicação quântica também poderia tirar proveito desse avanço.

Cleland e seu grupo esperam estender seu sistema para três nós para construir um emaranhamento de três vias.

"Queremos mostrar que qubits supercondutores têm um papel viável no futuro, " ele disse.