Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público Houve um progresso significativo no campo da computação quântica. Grandes players globais, como Google e IBM, já oferecem serviços de computação quântica baseados em nuvem. No entanto, os computadores quânticos ainda não podem ajudar com os problemas que ocorrem quando os computadores padrão atingem os limites das suas capacidades porque a disponibilidade de qubits ou bits quânticos, ou seja, as unidades básicas de informação quântica, ainda é insuficiente.
Uma das razões para isso é que qubits simples não são de uso imediato para executar um algoritmo quântico. Enquanto os bits binários dos computadores convencionais armazenam informações na forma de valores fixos de 0 ou 1, os qubits podem representar 0 e 1 ao mesmo tempo, colocando em jogo a probabilidade quanto ao seu valor. Isso é conhecido como superposição quântica.
Isto os torna muito suscetíveis a influências externas, o que significa que as informações que armazenam podem ser facilmente perdidas. Para garantir que os computadores quânticos forneçam resultados confiáveis, é necessário gerar um emaranhado genuíno para unir vários qubits físicos para formar um qubit lógico. Caso um desses qubits físicos falhe, os outros qubits reterão as informações. No entanto, uma das principais dificuldades que impedem o desenvolvimento de computadores quânticos funcionais é o grande número de qubits físicos necessários.
Vantagens de uma abordagem baseada em fótons
Muitos conceitos diferentes estão sendo empregados para tornar viável a computação quântica. As grandes corporações dependem atualmente de sistemas supercondutores de estado sólido, por exemplo, mas estes têm a desvantagem de funcionarem apenas em temperaturas próximas do zero absoluto. Os conceitos fotônicos, por outro lado, funcionam à temperatura ambiente.
Fótons únicos geralmente servem como qubits físicos aqui. Esses fótons, que são, em certo sentido, minúsculas partículas de luz, operam inerentemente mais rapidamente do que os qubits de estado sólido, mas, ao mesmo tempo, são perdidos mais facilmente. Para evitar perdas de qubits e outros erros, é necessário acoplar vários pulsos de luz de fóton único para construir um qubit lógico – como no caso da abordagem baseada em supercondutores.
Um qubit com capacidade inerente de correção de erros
Pesquisadores da Universidade de Tóquio, juntamente com colegas da Universidade Johannes Gutenberg Mainz (JGU), na Alemanha, e da Universidade Palacký Olomouc, na República Tcheca, demonstraram recentemente um novo meio de construir um computador quântico fotônico. Em vez de usar um único fóton, a equipe empregou um pulso de luz gerado por laser que pode consistir em vários fótons. A pesquisa é publicada na revista Science .
“Nosso pulso de laser foi convertido para um estado óptico quântico que nos dá uma capacidade inerente de corrigir erros”, afirmou o professor Peter van Loock, da Universidade de Mainz. "Embora o sistema consista apenas em um pulso de laser e seja, portanto, muito pequeno, ele pode, em princípio, erradicar erros imediatamente." Assim, não há necessidade de gerar fótons individuais como qubits por meio de numerosos pulsos de luz e depois fazê-los interagir como qubits lógicos.
“Precisamos apenas de um único pulso de luz para obter um qubit lógico robusto”, acrescentou van Loock. Em outras palavras, um qubit físico já é equivalente a um qubit lógico neste sistema – um conceito notável e único. No entanto, o qubit lógico produzido experimentalmente na Universidade de Tóquio ainda não tinha qualidade suficiente para fornecer o nível necessário de tolerância a erros. No entanto, os pesquisadores demonstraram claramente que é possível transformar qubits não universalmente corrigíveis em qubits corrigíveis usando os métodos ópticos quânticos mais inovadores.
Mais informações: Shunya Konno et al, Estados lógicos para computação quântica tolerante a falhas com propagação de luz, Ciência (2024). DOI:10.1126/science.adk7560 Olivier Pfister, Qubits sem qubits, Ciência (2024). DOI:10.1126/science.adm9946
