Você sem dúvida está vendo este artigo em um dispositivo digital cuja unidade básica de informação é o bit, seja 0 ou 1. Cientistas em todo o mundo estão correndo para desenvolver um novo tipo de computador baseado no uso de bits quânticos, ou qubits, que podem simultaneamente ser 0 e 1 e poderia um dia resolver problemas complexos além de qualquer supercomputador clássico.
Uma equipe liderada por pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), em estreita colaboração com o Professor Associado de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da FAMU-FSU, Wei Guo, anunciou a criação de uma nova plataforma qubit que mostra grande promessa de ser desenvolvido em futuros computadores quânticos. Seu trabalho é publicado na Nature .

"Os computadores quânticos podem ser uma ferramenta revolucionária para realizar cálculos que são praticamente impossíveis para computadores clássicos, mas ainda há trabalho a fazer para torná-los realidade", disse Guo, coautor do artigo. “Com esta pesquisa, achamos que temos um avanço que ajuda muito a criar qubits que ajudam a realizar o potencial dessa tecnologia”.

A equipe criou seu qubit congelando gás neon em um sólido a temperaturas muito baixas, pulverizando elétrons de uma lâmpada no sólido e prendendo um único elétron lá.

Embora existam muitas opções de tipos de qubit, a equipe escolheu o mais simples – um único elétron. Aquecer um filamento de luz simples, como o que você pode encontrar em um brinquedo de criança, pode facilmente disparar um suprimento ilimitado de elétrons.

Uma qualidade importante para os qubits é sua capacidade de permanecer em um estado 0 ou 1 simultâneo por um longo tempo, conhecido como "tempo de coerência". Esse tempo é limitado e o limite é determinado pela maneira como os qubits interagem com seu ambiente. Defeitos no sistema qubit podem reduzir significativamente o tempo de coerência.

Por esse motivo, a equipe optou por prender um elétron em uma superfície de neon sólido ultrapura no vácuo. O néon é um dos seis elementos inertes, o que significa que não reage com outros elementos.

“Por causa dessa inércia, o neon sólido pode servir como o sólido mais limpo possível no vácuo para hospedar e proteger qualquer qubit de ser interrompido”, disse Dafei Jin, cientista de Argonne e principal investigador do projeto.

Ao usar um ressonador supercondutor em escala de chip – como um forno de micro-ondas em miniatura – a equipe conseguiu manipular os elétrons presos, permitindo que eles lessem e armazenassem informações do qubit, tornando-o útil para uso em futuros computadores quânticos.

Pesquisas anteriores usaram hélio líquido como meio de retenção de elétrons. Esse material era fácil de fazer sem defeitos, mas as vibrações da superfície livre de líquido poderiam facilmente perturbar o estado do elétron e, portanto, comprometer o desempenho do qubit.

O neon sólido oferece um material com poucos defeitos que não vibra como o hélio líquido. Depois de construir sua plataforma, a equipe realizou operações de qubit em tempo real usando fótons de micro-ondas em um elétron preso e caracterizou suas propriedades quânticas. Esses testes demonstraram que o neon sólido forneceu um ambiente robusto para o elétron com ruído elétrico muito baixo para perturbá-lo. Mais importante ainda, o qubit atingiu tempos de coerência no estado quântico competitivo com outros qubits de última geração.

A simplicidade da plataforma qubit também deve se prestar à fabricação simples e de baixo custo, disse Jin.

A promessa da computação quântica está na capacidade dessa tecnologia de próxima geração de calcular certos problemas muito mais rapidamente do que os computadores clássicos. Os pesquisadores pretendem combinar longos tempos de coerência com a capacidade de vários qubits se conectarem – conhecido como emaranhamento. Dessa forma, os computadores quânticos poderiam encontrar as respostas para problemas que um computador clássico levaria muitos anos para resolver.

Considere um problema em que os pesquisadores desejam encontrar a configuração de energia mais baixa de uma proteína feita de muitos aminoácidos. Esses aminoácidos podem dobrar em trilhões de maneiras que nenhum computador clássico tem memória para lidar. Com a computação quântica, pode-se usar qubits emaranhados para criar uma superposição de todas as configurações dobráveis ​​– fornecendo a capacidade de verificar todas as respostas possíveis ao mesmo tempo e resolver o problema com mais eficiência.

"Os pesquisadores precisariam apenas fazer um cálculo, em vez de tentar trilhões de configurações possíveis", disse Guo. + Explorar mais

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