Tornar os sistemas quânticos mais escaláveis ​​é um dos principais requisitos para o desenvolvimento futuro dos computadores quânticos, porque as vantagens que eles oferecem tornam-se cada vez mais evidentes à medida que os sistemas são ampliados. Os pesquisadores da TU Darmstadt deram recentemente um passo decisivo para alcançar esse objetivo.



Processadores quânticos baseados em matrizes bidimensionais de pinças ópticas, que são criados usando feixes de laser focados, são uma das tecnologias mais promissoras para o desenvolvimento de computação quântica e simulação que permitirão aplicações altamente benéficas no futuro. Uma gama diversificada de aplicações, desde o desenvolvimento de medicamentos até à otimização dos fluxos de tráfego, beneficiará desta tecnologia.

Até agora, esses processadores foram capazes de conter várias centenas de sistemas quânticos de átomo único, em que cada átomo representa um bit quântico ou qubit como a unidade básica de informação quântica. Para avançar ainda mais, é necessário aumentar o número de qubits nos processadores. Isto foi agora alcançado por uma equipe liderada pelo Professor Gerhard Birkl do grupo de pesquisa Átomos – Fótons – Quanta do Departamento de Física da TU Darmstadt.

Em um artigo de pesquisa, publicado pela primeira vez no início de outubro de 2023 no arXiv servidor de pré-impressão e agora também foi publicado após revisão científica por pares na revista Optica , a equipe relata o primeiro experimento bem-sucedido do mundo para realizar uma arquitetura de processamento quântico que contém mais de 1.000 qubits atômicos em um único plano.

“Estamos extremamente satisfeitos por termos sido os primeiros a quebrar a marca de 1.000 qubits atômicos controláveis ​​individualmente, porque muitos outros concorrentes de destaque estão em nosso encalço”, diz Birkl.

Os pesquisadores conseguiram demonstrar em seus experimentos que sua abordagem de combinar os mais recentes métodos ópticos quânticos com tecnologia microóptica avançada lhes permitiu aumentar significativamente os limites atuais do número acessível de qubits.

Isto foi conseguido através da introdução do novo método de "superalimentação quântica de bits". Isso lhes permitiu superar as restrições impostas ao número de qubits utilizáveis ​​pelo desempenho limitado dos lasers. Um total de 1.305 qubits de átomo único foram carregados em uma matriz quântica com 3.000 locais de armadilha e remontados em estruturas alvo livres de defeitos com até 441 qubits. Ao utilizar várias fontes de laser em paralelo, este conceito rompeu as fronteiras tecnológicas que até agora eram consideradas quase intransponíveis.

Para muitas aplicações diferentes, 1.000 qubits são vistos como o valor limite a partir do qual o aumento de eficiência prometido pelos computadores quânticos pode agora ser demonstrado pela primeira vez. Investigadores de todo o mundo têm trabalhado intensamente para serem os primeiros a ultrapassar este limiar. O estudo de Birkl e colegas descreve como aumentos adicionais no número de fontes de laser permitirão números de qubit de 10.000 ou mais em apenas alguns anos.

Mais informações: Lars Pause et al, Matriz de pinça bidimensional supercarregada com mais de 1000 qubits atômicos, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.513551
Fornecido por Technische Universitat Darmstadt