Tecnologia Científica

A simetria oculta pode ser a chave para sistemas quânticos mais robustos, descobrem os pesquisadores
Os sistemas quânticos são construídos sobre o comportamento peculiar das partículas no nível atômico e podem revolucionar a maneira como cálculos complexos são realizados.
Por Universidade de Cambridge - 09/12/2020


Domínio público

Os pesquisadores descobriram uma maneira de proteger os sistemas quânticos altamente frágeis do ruído, o que poderia ajudar no projeto e desenvolvimento de novos dispositivos quânticos, como computadores quânticos ultra-poderosos.

Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, mostraram que as partículas microscópicas podem permanecer intrinsecamente ligadas, ou emaranhadas, a longas distâncias, mesmo que haja interrupções aleatórias entre elas. Usando a matemática da teoria quântica, eles descobriram uma configuração simples onde partículas emaranhadas podem ser preparadas e estabilizadas mesmo na presença de ruído, tirando proveito de uma simetria até então desconhecida em sistemas quânticos .

Seus resultados, relatados na revista Physical Review Letters , abrem uma nova janela para o misterioso mundo quântico que pode revolucionar a tecnologia futura, preservando os efeitos quânticos em ambientes ruidosos , que é o maior obstáculo para o desenvolvimento de tal tecnologia. Aproveitar essa capacidade será o cerne dos computadores quânticos ultrarrápidos.

Os sistemas quânticos são construídos sobre o comportamento peculiar das partículas no nível atômico e podem revolucionar a maneira como cálculos complexos são realizados. Enquanto um bit de computador normal é uma chave elétrica que pode ser definida como um ou zero, um bit quântico, ou qubit , pode ser definido como um, zero ou ambos ao mesmo tempo. Além disso, quando dois qubits estão emaranhados, uma operação em um afeta imediatamente o outro, não importa quão distantes eles estejam. Esse estado dual é o que dá poder a um computador quântico. Um computador construído com qubits emaranhados em vez de bits normais poderia realizar cálculos muito além da capacidade até mesmo dos supercomputadores mais poderosos.

"No entanto, qubits são coisas extremamente exigentes, e o menor ruído em seu ambiente pode causar a quebra de seu emaranhamento", disse o Dr. Shovan Dutta, do Laboratório Cavendish de Cambridge, o primeiro autor do artigo. "Até que possamos encontrar uma maneira de tornar os sistemas quânticos mais robustos, suas aplicações no mundo real serão limitadas."

Várias empresas - principalmente IBM e Google - desenvolveram computadores quânticos funcionais, embora até agora tenham sido limitados a menos de 100 qubits. Eles exigem isolamento quase total do ruído e, mesmo assim, têm uma vida útil muito curta de alguns microssegundos. Ambas as empresas têm planos de desenvolver computadores quânticos de 1000 qubit nos próximos anos, embora, a menos que os problemas de estabilidade sejam superados, os computadores quânticos não atingirão o uso prático.

Agora, Dutta e seu co-autor, Professor Nigel Cooper, descobriram um sistema quântico robusto onde vários pares de qubits permanecem emaranhados mesmo com muito ruído.

Eles modelaram um sistema atômico em uma formação de rede, onde os átomos interagem fortemente uns com os outros, saltando de um local da rede para outro. Os autores descobriram que se o ruído fosse adicionado no meio da rede, isso não afetaria as partículas emaranhadas entre os lados esquerdo e direito. Esse recurso surpreendente resulta de um tipo especial de simetria que conserva o número de pares emaranhados.

"Não esperávamos esse tipo de emaranhamento estabilizado", disse Dutta. "Nós tropeçamos nessa simetria oculta, o que é muito raro nesses sistemas barulhentos."

Eles mostraram que essa simetria oculta protege os pares emaranhados e permite que seu número seja controlado de zero a um grande valor máximo. Conclusões semelhantes podem ser aplicadas a uma ampla classe de sistemas físicos e podem ser realizadas com ingredientes já existentes em plataformas experimentais, abrindo caminho para um emaranhamento controlável em um ambiente ruidoso.

"Perturbações ambientais descontroladas são ruins para a sobrevivência de efeitos quânticos como o emaranhamento, mas pode-se aprender muito projetando deliberadamente tipos específicos de perturbações e vendo como as partículas respondem", disse Dutta. "Mostramos que uma forma simples de perturbação pode realmente produzir - e preservar - muitos pares emaranhados, o que é um grande incentivo para desenvolvimentos experimentais neste campo."

Os pesquisadores esperam confirmar suas descobertas teóricas com experimentos no próximo ano.

 

.
.

Leia mais a seguir