Os cientistas acreditam que as partículas individuais de luz, ou fótons, são ideais para enviar informações quânticas. Codificado com dados quânticos, eles podiam literalmente transferir informações na velocidade da luz. Contudo, enquanto os fótons seriam grandes portadores por causa de sua velocidade, eles não gostam de interagir uns com os outros, tornando difícil alcançar o emaranhamento quântico.

Uma equipe de pesquisa internacional da NUST MISIS, Russian Quantum Center, o Ioffe Institute St. Petersburg e o Karlsruhe Institute of Technology obtiveram evidências experimentais de interação efetiva entre fótons de microondas via qubits supercondutores pela primeira vez. O estudo, publicado em npj Quantum Materials , pode ser um passo em direção à implementação de uma memória quântica de longa vida e ao desenvolvimento de dispositivos quânticos comerciais.

Em seus experimentos, os pesquisadores usaram fótons com frequência de alguns GHz e comprimento de onda de alguns centímetros.

"Usamos côvados supercondutores, que são átomos basicamente artificiais, porque foi comprovado que eles interagem fortemente com a luz. A interação entre os átomos naturais e a luz natural é fraca devido ao pequeno tamanho dos átomos naturais. Os côvados supercondutores são construídos pelo homem; seu tamanho pode atingir até 0,1 mm, o que torna possível aumentar significativamente seu momento de dipolo e polaridade, engenharia forte interação entre luz e matéria, "disse o Prof. Alexey Ustinov, chefe do Laboratório de Metamateriais Supercondutores na NUST MISIS e Chefe de Grupo no Russian Quantum Center, coautor do estudo.

Os qubits supercondutores representam uma modalidade de qubit líder que está sendo buscada atualmente pela indústria e pela academia para aplicações de computação quântica. Contudo, eles requerem temperaturas mili-Kelvin (mK) para operar. O mais poderoso dos dispositivos quânticos supercondutores existentes contém menos de 100 qubits. Conforme você adiciona qubits, o número de operações que um computador quântico pode realizar cresce exponencialmente, mas o número máximo de qubits que podem ser integrados em um computador quântico é limitado pelo tamanho dos refrigeradores usados ​​para resfriá-los até as temperaturas operacionais. Levando isso em consideração, os esforços da comunidade científica têm se concentrado recentemente em aumentar o poder de processamento de um computador quântico, transmitindo sinais quânticos de um refrigerador para outro. Para projetar esta transmissão, os cientistas acoplaram uma série de oito qubits transmon supercondutores a um guia de ondas comum - uma estrutura que orienta as ondas, por exemplo., ondas de luz.

"Ao empregar linhas de polarização de fluxo dedicadas para cada qubit, estabelecemos controle sobre suas frequências de transição. Foi derivado e verificado experimentalmente que múltiplos qubits obtêm uma interação efetiva mediada por fótons de alcance infinito, que pode ser ajustado com a distância inter-qubit, "diz Alexey Ustinov.

O circuito deste trabalho estende experimentos com um e dois qubits em direção a um metamaterial quântico desenvolvido, abrindo assim o caminho para aplicações em larga escala na eletrodinâmica quântica de guia de ondas supercondutor.