Em um novo trabalho inovador, pesquisadores da DTU já perceberam a plataforma completa para um computador quântico óptico. A plataforma é universal e escalonável, tudo ocorre em temperatura ambiente, e a tecnologia é diretamente compatível com redes de fibra óptica padrão. Isso coloca o DTU na vanguarda do desenvolvimento.

Os computadores quânticos ópticos há muito tempo são ofuscados por tecnologias supercondutoras que foram aceleradas por enormes programas de desenvolvimento executados em gigantes da tecnologia como IBM e Google. A situação agora está mudando, uma das razões é uma série de projetos pioneiros realizados por pesquisadores do centro de pesquisa básica bigQ da DTU Physics.

Na verdade, os pesquisadores da DTU não se limitam a simplesmente desenvolver componentes individuais para um computador quântico óptico ou apenas um simulador quântico. Eles estão trabalhando com determinação no desenvolvimento de um computador quântico óptico universal baseado em medição.

Pode executar qualquer algoritmo arbitrário

Embora o tipo de computador quântico que os pesquisadores da DTU estão desenvolvendo seja conceitualmente muito diferente de um computador normal, também existem semelhanças.

Existem alguns dispositivos lógicos básicos (qubits) que transportam as informações, e há portas que realizam operações em um ou mais qubits, implementando assim um algoritmo.

A demonstração do chamado conjunto de portas universais - e a implementação de uma série de operações por meio dele - é precisamente o que constitui o novo avanço na computação quântica óptica.

"Nossa demonstração de um conjunto universal de portas é absolutamente crucial. Isso significa que qualquer algoritmo arbitrário pode ser realizado em nossa plataforma com as entradas certas, nomeadamente qubits ópticos. O computador é totalmente programável, "diz Mikkel Vilsbøll Larsen, que tem sido o principal impulsionador do trabalho e que recentemente concluiu seu doutorado. estudos na DTU.

O escalonamento torna o computador quântico praticamente relevante

O potencial do computador quântico é enorme, e seu poder de processamento dramaticamente aumentado em relação aos computadores baseados em transistores padrão permitirá a inovação disruptiva em uma ampla gama de áreas de grande importância para a Dinamarca, como a indústria farmacêutica, otimização do setor de transporte, e desenvolvimento de materiais para captura e armazenamento de carbono.

Um fator crucial para cumprir esse potencial é que o computador quântico é realizado em uma plataforma escalável para milhares de qubits, explica o pesquisador sênior Jonas S. Neergaard-Nielsen, que é um dos pilares da obra.

"Teoricamente, não há diferença entre se um computador quântico é baseado em qubits supercondutores ou ópticos. Mas há uma diferença prática decisiva. Os computadores quânticos supercondutores são limitados ao número de qubits fabricados no chip processador específico. Em nosso sistema, estamos constantemente criando novos e emaranhados mecanicamente quântico com aqueles sobre os quais estamos realizando cálculos. Isso significa que nossa plataforma é facilmente escalável. "

"Além disso, não precisamos resfriar tudo em grandes criostatos. Em vez de, podemos fazer tudo à temperatura ambiente em fibras ópticas. O fato de o sistema ser baseado em fibras ópticas também significa que ele pode ser conectado diretamente a uma futura Internet quântica, sem intermediários difíceis. "

Os pesquisadores ultrapassaram o marco de escalonamento já em 2019, quando - em um artigo em Ciência - eles explicaram como, como alguns dos primeiros do mundo, eles produziram a estrutura básica para um computador quântico óptico baseado em medição - um chamado estado de cluster bidimensional com mais de 30, 000 estados de luz emaranhados.

Já olhando para a frente com determinação

Embora eles possam ficar tentados a descansar sobre os louros por um tempo, a equipe de pesquisadores já tem novos objetivos em vista.

No início deste ano, eles desenvolveram e patentearam uma estrutura teórica completa sobre como sua tecnologia também pode abraçar a correção de erros a longo prazo. Este é um dos grandes desafios atuais da tecnologia de computação quântica.

"É um importante resultado de pesquisa que acabamos de publicar, e temos orgulho disso. Mas nossas ambições vão muito além disso. O objetivo de longo prazo é um computador quântico que possa resolver problemas relevantes e cumprir o potencial que todos buscamos, "diz o professor Ulrik L. Andersen, que é chefe da bigQ e supervisionou todo o programa de pesquisa.

"Nós sabemos o que é necessário para colocar nossa tecnologia atual em um chip óptico e introduzir a correção de erros, e temos as colaborações internacionais relevantes em vigor. O mesmo se aplica ao setor corporativo, onde as empresas estão ansiosas para desenvolver casos de uso conosco. "

Em outras palavras, os pesquisadores da DTU estão prontos para os próximos desafios e para dar o próximo passo da pesquisa básica à inovação. Na verdade, o financiamento é a única coisa que falta.

A pesquisa foi publicada na revista Física da Natureza .