As tecnologias quânticas, que operam alavancando fenômenos da mecânica quântica, têm o potencial de superar suas contrapartes clássicas em algumas tarefas de otimização e computação. Essas tecnologias incluem as chamadas redes quânticas, sistemas projetados para transmitir informações entre nós interconectados e processá-las, utilizando fenômenos quânticos como emaranhamento e superposição.

Redes quânticas podem eventualmente contribuir para o avanço das comunicações, sensoriamento e computação. Antes que isso aconteça, no entanto, os sistemas existentes precisarão ser aprimorados e aperfeiçoados para garantir que possam transferir e processar dados de forma confiável e eficiente, minimizando erros.

Pesquisadores da Universidade Tsinghua, do Laboratório Nacional de Hefei e da Academia de Ciências da Informação Quântica de Pequim demonstraram recentemente o controle coerente de um nó de rede quântica híbrido e escalável. Sua demonstração, descrita na Nature Physics , foi realizada pela combinação de soluções e técnicas que eles desenvolveram como parte de seus trabalhos anteriores.

"Nosso objetivo a longo prazo é estabelecer uma rede quântica escalável usando centros de cores de diamante (aqui centros de nitrogênio-lacuna)", disse Panyu Hou, coautor do artigo.

Embora nossa equipe e outros grupos de pesquisa na área tenham desenvolvido diversas técnicas cruciais, incluindo geração de emaranhamento spin-fóton, controle quântico de qubits híbridos e correção de erros quânticos , esses ingredientes não foram integrados em um único sistema quântico. Nosso artigo recente busca esse objetivo.

Com base em seus estudos anteriores, Hou e seus colegas demonstraram com sucesso o controle coerente de três tipos diferentes de qubits, cada um dos quais contribui para a atividade geral de sua rede quântica. Além disso, os pesquisadores implementaram técnicas de correção de erros de inversão de bits em sua rede e foram capazes de detectar os erros de qubits lógicos entrelaçados com um único fóton .

A implementação bem-sucedida dessas técnicas é de fundamental importância, visto que a supressão de erros é essencial para a operação confiável de todas as tecnologias quânticas . Seus métodos poderão ser aplicados a redes quânticas maiores, facilitando potencialmente sua implantação futura em cenários do mundo real.

"Nos últimos 10 anos, nossa equipe desenvolveu gradualmente várias ferramentas para atingir esse objetivo, incluindo o controle individual de spins de elétrons, spins nucleares e fótons individuais associados a um centro de nitrogênio-lacuna", explicou Hou.

Também entrelaçamos os spins dos elétrons com spins nucleares próximos e fótons individuais separadamente. Abordagens recentes combinam essas técnicas desenvolvidas e demonstram a capacidade de controlá-las todas com fidelidade relativamente alta.

Os esforços de pesquisa mais recentes desta equipe representam um passo adicional rumo à concretização de redes quânticas escaláveis que operem de forma confiável e com erros mínimos, o que, por sua vez, poderá impulsionar avanços em diversas áreas. Por exemplo, essas redes podem ajudar a acelerar as comunicações, aprimorar o sensoriamento e suportar alguns cálculos complexos que não podem ser realizados por sistemas de computação clássicos.

"Nosso plano para pesquisas futuras é incluir mais qubits para corrigir erros de inversão de bits e de fase, e melhorar ainda mais o desempenho do sistema, como a fidelidade de detecção", acrescentou Hou. "Assim que estivermos satisfeitos com o desempenho de um único nó, poderemos configurar mais um ou dois sistemas e criar uma rede quântica de pequena escala."