Os estados quânticos dos qubits – uma semelhança condicional com as portas dos transistores nos computadores quânticos – são interrompidos quase que instantaneamente por pequenas flutuações de temperatura ou vibrações mecânicas. Um ambiente de trabalho para sistemas quânticos só pode ser criado sob condições de isolamento inimaginável de todas as influências externas. Tudo isso leva ao fato de que os sistemas quânticos são extremamente volumosos e pouco escaláveis. Cientistas dos Estados Unidos propuseram uma solução para esse problema.
Fonte da imagem: Optica
Um grupo de cientistas da Universidade de Stanford resolveu os dois problemas dos sistemas quânticos modernos de uma vez – eles propuseram uma solução original para simplificar o projeto do sistema e escalá-lo. Um artigo sobre o trabalho está impresso na edição Optica e está disponível aqui.
«Normalmente, se você quisesse construir esse tipo de computador quântico [fotônico], teria que pegar potencialmente milhares de emissores quânticos, torná-los perfeitamente uniformes e, em seguida, integrá-los em um circuito fotônico gigante ”, diz Ben Bartlett, autor principal do estudo. … “Enquanto neste projeto precisamos apenas de um punhado de componentes relativamente simples, e o tamanho da máquina não aumenta com o tamanho do programa quântico que você deseja executar.”
Tudo o que é necessário para criar um sistema, dizem os inventores, é um cabo de fibra óptica, um divisor de feixe, duas chaves ópticas e um ressonador óptico – todos os quais podem ser encontrados comercialmente. Além disso, o esquema proposto permite reduzir o número de elementos lógicos (portas) no sistema.
Na arquitetura de um sistema quântico proposto por pesquisadores, um átomo (qubit) não interage com um fóton (também um qubit), entrando em um estado emaranhado com ele, mas com toda uma série de fótons. Os fótons, depois de acoplados, são canalizados para um guia de ondas em anel e podem ser usados à medida que o algoritmo quântico progride. Para alterar a configuração de tal plataforma quântica (leia-se – para alterar as condições iniciais da simulação), basta alterar o algoritmo de interação do átomo com determinados fótons da série. Em uma instalação moderna para computação quântica, isso exigiria a reconstrução física do sistema – reconectando muitos equipamentos e redirecionando as trilhas de fótons.
Em geral, o projeto proposto consiste em duas partes principais: um anel que armazena fótons e um dispositivo de espalhamento. Os fótons são qubits, e a direção de seu movimento ao longo do anel determina se seu valor é igual a um ou zero, ou ambos se eles se movem nas duas direções ao mesmo tempo, o que corresponde ao fenômeno da superposição.
Para codificar informações sobre os fótons, o sistema os direciona do anel para a unidade de espalhamento, onde caem em um volume com um átomo. Quando um fóton interage com um átomo, eles ficam emaranhados ou, mais simplesmente, seus estados quânticos tornam-se limitados e não podem ser representados isoladamente um do outro. Portanto, o impacto em uma das partículas conectadas afeta imediatamente a outra, independentemente de onde ela esteja localizada – esse é o chamado teletransporte quântico. O fóton ligado retorna ao loop óptico, mas seu estado pode ser alterado agindo sobre o átomo com um laser e, assim, programando toda a cadeia de fótons.
Para aumentar o número de qubits em tal sistema, é suficiente simplesmente adicionar mais fótons ao loop, e não aumentar fisicamente o sistema – adicionar novos loops, refletores e muito mais. É muito simples, dizem os pesquisadores. Este é um caminho interessante e eles tentarão ir mais longe.