Pela primeira vez, os japoneses confundiram três, não dois, qubits – isso simplificará radicalmente a correção de erros na computação quântica

Pesquisadores do Centro Riken para Ciência da Matéria Emergente, no Japão, demonstraram a possibilidade de emaranhar três qubits ao mesmo tempo, ao passo que, até agora, os cientistas eram capazes de associar apenas pares. Três qubits emaranhados prometem simplificar muito o mecanismo de correção de erros na computação quântica, que ainda permanece um obstáculo intransponível para o dimensionamento dos computadores quânticos.

Persianas de alumínio (roxo e verde) sob um microscópio eletrônico. Fonte da imagem: RIKEN

Qubits emaranhados – análogos convencionais de transistores-chave em chips tradicionais – significa dar a eles as mesmas propriedades quânticas. Isso significa que medir essas propriedades quânticas (parâmetros) em um dos qubits acoplados dá automaticamente uma ideia dos parâmetros do outro, e agora do terceiro, qubit. Por exemplo, esta pode ser a direção do spin do elétron – condicionalmente 0 ou 1. Essas propriedades são usadas em algoritmos quânticos, e encontrar qubits em um estado de superposição – estando simultaneamente em todos os estados possíveis (antes de medir os parâmetros) – acelera exponencialmente cálculos (infelizmente, até agora apenas para uma faixa estreita de tarefas).

Os pesquisadores realizaram o experimento na ligação de três qubits em uma estrutura de silício usando uma estrutura composta de silício e um composto de silício-germânio. Cada uma dessas três estruturas continha um qubit representado por um elétron comum. As estruturas eram controladas por portas feitas de alumínio, e os estados de spin dos elétrons eram alterados por um forte ímã no cristal. O campo criado pelo ímã, devido à queda na força (gradiente), separou as frequências ressonantes dos três qubits, permitindo que fossem endereçadas separadamente.

A introdução do terceiro qubit acoplado na vida cotidiana pode ser usada tanto para acelerar cálculos, que precisarão ser implementados em algoritmos, quanto para correção de erros e escalonamento de sistemas quânticos. As duas últimas possibilidades estão inextricavelmente ligadas, pois hoje, para corrigir os erros de cada qubit lógico, são necessários de 10 a milhares de qubits físicos, dependendo da precisão de cálculo dada, e mesmo neste caso será inferior a 100% .

A introdução do terceiro qubit acoplado, asseguram cientistas japoneses, aumenta a confiabilidade do qubit em até 88%, o que abre caminho para a correção de erros primitiva e para uma abordagem simples para a criação de sistemas de computação multi-qubit. Por exemplo, os japoneses prometem levar seu desenvolvimento para 50 e até 100 qubits em um futuro previsível e apresentam mecanismos de correção de erros mais avançados.