Tecnologia Científica
Uma nova pesquisa aborda um desafio central da computação qua¢ntica poderosa
A computaa§a£o qua¢ntica tolerante a falhas pode promover imensamente a descoberta de novos materiais, inteligaªncia artificial , engenharia bioquímica e muitas outras disciplinas.
Por
University of Massachusetts Amherst - 12/02/2021
Domanio paºblico
Para construir um computador qua¢ntico universal a partir de componentes qua¢nticos fra¡geis, a implementação eficaz da correção de erros qua¢nticos (QEC) éum requisito essencial e um desafio central. QEC éusado em computação qua¢ntica, que tem o potencial de resolver problemas cientaficos além do escopo de supercomputadores, para proteger informações qua¢nticas de erros devido a vários ruados.
Publicada pela revista Nature , uma pesquisa com coautoria do fasico Chen Wang da Universidade de Massachusetts Amherst, dos alunos de pós-graduação Jeffrey Gertler e Shruti Shirol e do pesquisador de pa³s-doutorado Juliang Li da¡ um passo em direção a construção de um computador qua¢ntico tolerante a falhas. Eles perceberam um novo tipo de QEC, onde os erros qua¢nticos são corrigidos espontaneamente.
Os computadores de hoje são construados com transistores que representam bits cla¡ssicos (0's ou 1's). A computação qua¢ntica éum excitante novo paradigma de computação usando bits qua¢nticos (qubits), onde a superposição qua¢ntica pode ser explorada para ganhos exponenciais no poder de processamento. A computação qua¢ntica tolerante a falhas pode promover imensamente a descoberta de novos materiais, inteligaªncia artificial , engenharia bioquímica e muitas outras disciplinas.
Uma vez que os qubits são intrinsecamente fra¡geis, o desafio mais importante de construir tais computadores qua¢nticos poderosos éa implementação eficiente da correção de erros qua¢nticos. As demonstrações existentes de QEC estãoativas, o que significa que exigem a verificação peria³dica de erros e a correção imediata, o que exige muito dos recursos de hardware e, portanto, dificulta o dimensionamento dos computadores qua¢nticos.
"Infelizmente, émuito difacil manter um gato assim, já que qualquer gás, luz ou qualquer coisa que vaze na caixa destruira¡ a magia: o gato ficara¡ morto ou apenas um gato vivo normal", explica Chen. "A estratanãgia mais direta para proteger um gato de Schrodinger édeixar a caixa o mais apertada possível, mas isso também torna mais difacil usa¡-la para ca¡lculos. O que acabamos de demonstrar foi semelhante a pintar o interior da caixa de uma forma especial e que de alguma forma ajuda o gato a sobreviver melhor aos danos inevita¡veis ​​do mundo exterior. "
Em contraste, o experimento dos pesquisadores atinge QEC passivo ajustando o atrito (ou dissipação) experimentado pelo qubit. Como o atrito écomumente considerado o naªmesis da coeraªncia qua¢ntica, esse resultado pode parecer bastante surpreendente. O truque éque a dissipação deve ser projetada especificamente de maneira qua¢ntica. Essa estratanãgia geral éconhecida na teoria hácerca de duas décadas, mas uma maneira prática de obter tal dissipação e coloca¡-la em uso para QEC tem sido um desafio.
"Embora nosso experimento ainda seja uma demonstração um tanto rudimentar, finalmente cumprimos essa possibilidade tea³rica contra-intuitiva de QEC dissipativo", disse Chen. "Olhando para o futuro, a implicação éque pode haver mais caminhos para proteger nossos qubits de erros e fazaª-lo menos caro. Portanto, este experimento aumenta a perspectiva de construir um computador qua¢ntico tolerante a falhas útil no manãdio a longo prazo."
Chen descreve em termos leigos como o mundo qua¢ntico pode ser estranho. "Como no famoso (ou infame) exemplo do fasico alema£o Erwin Schra¶dinger, um gato embalado em uma caixa fechada pode estar vivo ou morto ao mesmo tempo. Cada qubit la³gico em nosso processador qua¢ntico émuito parecido com um mini-gato de Schra¶dinger. Na verdade , literalmente o chamamos de `cat qubit '. Ter muitos desses gatos pode nos ajudar a resolver alguns dos problemas mais difaceis do mundo.
"Infelizmente, émuito difacil manter um gato assim, já que qualquer gás, luz ou qualquer coisa que vaze na caixa destruira¡ a magia: o gato ficara¡ morto ou apenas um gato vivo normal", explica Chen. "A estratanãgia mais direta para proteger um gato de Schrodinger édeixar a caixa o mais apertada possível, mas isso também torna mais difacil usa¡-la para ca¡lculos. O que acabamos de demonstrar foi semelhante a pintar o interior da caixa de uma forma especial e que de alguma forma ajuda o gato a sobreviver melhor aos danos inevita¡veis ​​do mundo exterior. "
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