Computadores quânticos baseados em lasers com qubits de íons presos são interessantes, mas muito complicados. O feixe de laser percorre distâncias de multímetro ao longo de todo um sistema de espelhos, lentes e outros equipamentos antes de atingir um par de íons emaranhados. O dimensionamento de tais sistemas para centenas e milhares de qubits ainda é uma preocupação. Especialmente quando você considera que as armadilhas (qubits) são resfriadas a quase zero absoluto. Mas existe uma solução para o problema e ela foi testada.
Armadilha de íons com guias de onda óticos integrados. Fonte da imagem: K. Metha / ETH Zurich
Há alguns anos, um grupo de pesquisadores do MIT sugeriu direcionar um feixe de laser nos qubits não através do ar (como no exemplo da foto abaixo), mas ao longo dos guias de onda dentro do chip com a armadilha de íons. Esta proposta foi implementada recentemente por um grupo de cientistas da ETH Zurique. Os pesquisadores projetaram, construíram e testaram um switch quântico óptico virtual que poderia abrir caminho para computadores quânticos escaláveis de uso geral.
«Típico “computador quântico em elementos ópticos lineares (Quantum Optics Lab Olomouc)
Um chip de silício com guias de onda de 100 nm foi fabricado usando um processo técnico clássico. Na foto, você pode ver uma representação esquemática do chip no local onde o feixe de laser se solta – ele sai do final do guia de ondas dentro do chip e atinge um par de íons emaranhados. Os íons, por sua vez, são capturados por dois eletrodos – cada um com o seu próprio, e juntos estão em um sistema emaranhado.
Imagem em corte de uma armadilha de íons com guias de onda dentro. Fonte da imagem: Chiara Decaroli / ETH Zurique
«Ao integrar minúsculos guias de onda em microcircuitos contendo eletrodos para capturar íons, podemos direcionar a luz diretamente para esses íons. Assim, as vibrações do criostato ou de outras partes do dispositivo causam muito menos interferência. “
O feixe de laser sai de dentro do chip, não de fora como antes. Fonte da imagem: Chiara Decaroli / ETH Zurique
Na solução proposta, os guias de onda podem ser separados para controlar muitas armadilhas muito densas. Isso simplifica o sistema óptico e o protege de interferências e erros. Na produção, essas armadilhas serão muito baratas, mas o principal é que essas soluções aumentarão de maneira significativa e econômica o número de qubits em computadores quânticos ópticos.