Pesquisadores da associação Q-NEXT sob os auspícios do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da Universidade de Chicago estabeleceram um recorde para a preservação do estado quântico dos qubits. Na maioria dos experimentos com qubits, seu tempo de coerência dura microssegundos ou milissegundos, enquanto um novo estudo confirmou a persistência da coerência por mais de 5 segundos, o que já é suficiente para muita computação quântica.
O chip usado no experimento. Fonte da imagem: David Awschalom/Universidade de Chicago
Os cientistas resolveram simultaneamente dois problemas da computação quântica: conseguiram uma leitura estável do estado dos qubits e aumentaram o tempo para manter esse estado para mais de 5 segundos. Além disso, o estudo foi realizado para qubits semicondutores à base de carbeto de silício, que é amplamente utilizado na produção de eletrônica de potência. Isso significa que não haverá problemas especiais com a produção de processadores quânticos e com o dimensionamento, e o custo das soluções também será mantido dentro de limites razoáveis.
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«Essencialmente, isso traz o carboneto de silício à tona como uma plataforma para comunicação quântica”, disse Elena Glen, estudante de pós-graduação da Universidade de Chicago, coautora do primeiro artigo. “É interessante porque é fácil de dimensionar, pois já sabemos como construir dispositivos úteis com esse material.”
Em um artigo na publicação Science Advances, os cientistas contaram como alcançaram o sucesso. A essência da descoberta é criar um pulso de laser especial que adiciona um elétron ao qubit, dependendo do estado quântico inicial desse qubit (0 ou 1). Esta é uma leitura única, pois o estado de superposição do qubit é destruído, mas permite que o estado seja fixado por tempo suficiente para computação. Um qubit com um elétron adicionado mantém um estado quântico e fornece a resposta de leitura mais forte – até 10 mil vezes mais forte, o que torna as operações de leitura resistentes a interferências.
«Só agora a luz emitida reflete a ausência ou presença de um elétron, e com quase 10.000 vezes o sinal, disse Glen. “Ao transformar nosso frágil estado quântico em cargas eletrônicas estáveis, podemos medir nosso estado muito, muito mais facilmente. Com esse aumento no sinal, podemos obter uma resposta confiável toda vez que verificarmos em que estado o qubit está.” Na verdade, esta é a introdução de cálculos quânticos no mundo digital de zeros e uns que nos são familiares, o que dá esperança para um avanço relativamente rápido na criação de computadores quânticos universais e da Internet quântica.