A primeira geração de computadores quânticos do Pentágono será construída em qubits feitos de átomos neutros

Recentemente, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA) resumiu os resultados da primeira fase do programa ONISQ, que deveria selecionar a base para a primeira geração de computadores quânticos para as necessidades dos militares. A direção mais promissora são os qubits feitos de átomos neutros de Rydberg, em cujo estudo aplicado foram bem-sucedidos cientistas da Universidade de Harvard, sob a liderança do professor graduado do MIPT, Mikhail Lukin.

Fonte da imagem: DARPA

O programa ONISQ ou Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum, que pode ser traduzido para o russo como otimização com sistemas quânticos ruidosos de média escala, começou em maio de 2020. Entre outros sistemas, foram consideradas outras variantes de qubits, incluindo os bem estudados qubits supercondutores e qubits feitos de átomos carregados (íons).

«Os qubits Rydberg têm a característica útil de serem uniformes em suas propriedades, o que significa que cada qubit é indistinguível do próximo em seu comportamento, disse o Dr. Mukund Vengalattore, gerente do programa ONISQ na Divisão de Ciências de Defesa da DARPA. “Este não é o caso de outras plataformas, como qubits supercondutores, onde cada qubit é único e, portanto, não intercambiável.”

Átomos neutros resfriados se organizam facilmente em matrizes e podem programar aleatoriamente circuitos ou algoritmos quânticos usando uma pinça óptica (um feixe de laser de alta densidade) que move os qubits para as posições desejadas antes de iniciar os cálculos. A relativa simplicidade e confiabilidade de trabalhar com átomos neutros foi comprovada pela equipe de Lukin em um artigo recente, onde mostrou a operação livre de erros de um sistema quântico de 48 qubits lógicos em um sistema de 280 qubits físicos.

Criar uma cadeia de 48 qubits lógicos em qubits supercondutores exigiria até 5.000 qubits físicos, o que hoje parece problemático, mesmo levando em consideração o recente anúncio do processador IBM Condor com 1.121 qubits.

A equipe de Lukin se contentou com um sistema quântico mais simples, e todos os 48 qubits lógicos foram supostamente emaranhados, o que foi a escolha da DARPA. É verdade que o anúncio não deixa claro qual a relação da equipe da agência com o trabalho realizado pelos cientistas.

«Se alguém tivesse previsto há três anos, quando o programa ONISQ começou, que átomos neutros de Rydberg [um átomo excitado com um ou mais elétrons com um número quântico principal muito alto] poderiam funcionar como qubits lógicos, ninguém teria acreditado, disse o Dr. • Guido Zuccarello, assessor técnico da DARPA. “Esta é uma oportunidade para a DARPA apostar no potencial desses qubits menos estudados junto com íons e circuitos supercondutores mais bem estudados.” Como programa de pesquisa, o ONISQ deu aos cientistas a liberdade de explorar aplicações únicas e inovadoras, além da simples otimização. Como resultado, a equipe liderada por Harvard conseguiu aproveitar o potencial muito maior desses qubits Rydberg e transformá-los em qubits lógicos, o que é uma descoberta muito significativa.”