Tecnologia Científica

Memória de computador quântico tolerante a falhas em diamante
A memória quântica tolerante a falhas, que responde bem quando ocorrem falhas de hardware ou software, desempenhará um papel importante nessas redes.
Por Universidade Nacional de Yokohama - 27/04/2022


O centro de vacância de nitrogênio (NV) no diamante serve como memória quântica, que é codificada com correção de erros para corrigir erros automaticamente. Crédito: Universidade Nacional de Yokohama

A computação quântica tem o potencial de ser uma tecnologia futura revolucionária em campos que vão da química à criptografia, passando pelas finanças e produtos farmacêuticos. Comparados aos computadores convencionais, os cientistas sugerem que os computadores quânticos poderiam operar milhares de vezes mais rápido. Para aproveitar esse poder, os cientistas hoje estão procurando maneiras de construir redes de computadores quânticos. A memória quântica tolerante a falhas, que responde bem quando ocorrem falhas de hardware ou software, desempenhará um papel importante nessas redes. Uma equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Yokohama está explorando a memória quântica que é resiliente contra erros operacionais ou ambientais.

A equipe de pesquisa relatou suas descobertas nesta quarta-feira (27) na revista Communications Physics .

Para que os computadores quânticos atinjam todo o seu potencial, os cientistas precisam ser capazes de construir redes quânticas . Nessas redes, a memória quântica tolerante a falhas é essencial. Quando os cientistas manipulam a memória quântica de spin, é necessário um campo magnético . O campo magnético dificulta a integração com os bits quânticos supercondutores, ou qubits. Os qubits na computação quântica são unidades básicas de informação, semelhantes aos dígitos binários, ou bits, em computadores convencionais.

Para ampliar um computador quântico baseado em qubits supercondutores, os cientistas precisam operar sob um campo magnético zero. Em sua busca para promover a tecnologia em direção a um computador quântico tolerante a falhas, a equipe de pesquisa estudou centros de vacância de nitrogênio em diamante. Os centros de vacância de nitrogênio são promissores em uma variedade de aplicações, incluindo computação quântica. Usando um centro de vacância de nitrogênio de diamante com dois spins nucleares dos isótopos de carbono circundantes, a equipe demonstrou a correção de erros quânticos na memória quântica. Eles testaram uma correção de erro quântico de três qubits contra um erro de inversão de bits ou de inversão de fase, sob um campo magnético zero. Os erros bit-flip ou phase-flip podem ocorrer quando há mudanças no campo magnético. Para atingir um campo magnético zero, a equipe usou uma bobina tridimensional para cancelar o campo magnético residual, incluindo o campo geomagnético. Essa memória quântica é codificada com correção de erros para corrigir erros automaticamente à medida que eles ocorrem.

Pesquisas anteriores haviam demonstrado a correção de erros quânticos, mas tudo foi realizado sob campos magnéticos relativamente fortes . A equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Yokohama é a primeira a demonstrar a operação quântica do elétron e dos spins nucleares na ausência de um campo magnético.

“A correção de erros quânticos torna a memória quântica resiliente contra erros operacionais ou ambientais sem a necessidade de campos magnéticos e abre um caminho para a computação quântica distribuída e uma internet quântica com interfaces quânticas baseadas em memória ou repetidores quânticos”, disse Hideo Kosaka, professor da Universidade de Yokohama e principal autor do estudo.

A demonstração da equipe pode ser aplicada à construção de um computador quântico distribuído em larga escala e uma rede de comunicação quântica de longa distância, conectando sistemas quânticos vulneráveis ​​a um campo magnético, como qubits supercondutores com memórias quânticas baseadas em spin. Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa tem planos de levar a tecnologia um passo adiante. “Queremos desenvolver uma interface quântica entre qubits supercondutores e fotônicos para realizar um computador quântico de larga escala tolerante a falhas”, disse Kosaka.

 

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