Na infraestrutura digital de hoje, os bits de dados que usamos para enviar e processar informações podem ser 0 ou 1. Ser capaz de corrigir possíveis erros que podem ocorrer em cálculos usando esses bits é uma parte vital do processamento de informações e dos sistemas de comunicação. Mas um computador quântico usa bits quânticos, que pode ser uma espécie de mistura de 0 e 1, conhecido como superposição quântica. Essa mistura é vital para seu poder - mas torna a correção de erros muito mais complicada.

Pesquisadores da DTU Fotonik co-criaram o maior e mais complexo processador de informação quântica fotônica até hoje - em um microchip. Ele usa partículas únicas de luz como seus bits quânticos, e demonstra uma variedade de protocolos de correção de erros com bits quânticos fotônicos pela primeira vez.

"Fizemos um novo microchip óptico que processa informações quânticas de forma que possa se proteger de erros usando emaranhamento. Usamos um novo design para implementar esquemas de correção de erros, e verificou se eles funcionam de forma eficaz em nossa plataforma fotônica, "diz Jeremy Adcock, pós-doutorado em DTU Fotonik e co-autor do Física da Natureza papel.

Esta pesquisa é importante porque a correção de erros é a chave para o desenvolvimento de computadores quânticos de grande escala, que irá desbloquear novos algoritmos para, por exemplo, simulações químicas em grande escala e aprendizado de máquina mais rápido.

Uma aplicação importante pode ser a descoberta de medicamentos. Os computadores de hoje não podem simular moléculas grandes e suas interações, por exemplo, quando você introduz uma molécula de medicamento no corpo humano. Nos computadores de hoje, o tamanho da computação clássica cresce exponencialmente com o tamanho das moléculas envolvidas. Mas para futuros computadores quânticos, algoritmos mais eficientes são conhecidos, que não explodem em custo computacional.

Este é apenas um dos problemas que a tecnologia quântica do futuro promete resolver, por ser capaz de processar informações além dos limites fundamentais dos computadores tradicionais. Mas para alcançar este objetivo, temos que ir pequenos:

"Dispositivos em escala de chip são um passo importante se a tecnologia quântica for ampliada para mostrar uma vantagem sobre os computadores clássicos. Esses sistemas exigirão milhões de componentes de alto desempenho operando nas velocidades mais rápidas possíveis, algo que só se consegue com microchips e circuitos integrados, que são possibilitados pela indústria de fabricação de semicondutores ultra-avançada, "diz o co-autor Yunhong Ding, pesquisador sênior da DTU Fotonik.

Para realizar a tecnologia quântica que vai além dos poderosos computadores de hoje, é necessário expandir ainda mais essa tecnologia. Em particular, as fontes de fótons (partículas de luz) neste chip não são eficientes o suficiente para construir tecnologia quântica de escala útil.

"Na DTU, agora estamos trabalhando para aumentar a eficiência dessas fontes - que atualmente têm uma eficiência de apenas 1 por cento - para quase a unidade. Com tal fonte, deve ser possível construir dispositivos fotônicos quânticos de escala amplamente aumentada, e colher os benefícios da vantagem física nativa da tecnologia quântica sobre os computadores clássicos de processamento, comunicando, e adquirir informações, diz pós-doutorado em DTU Fotonik, Jeremy Adcock.

"Com fontes de fótons mais eficientes, seremos capazes de construir mais e diferentes estados de recursos, que permitirá cálculos maiores e mais complexos, bem como comunicações quânticas seguras de alcance ilimitado. "