Óptica interna do sistema AC1000 da Atom Computing
computação atômica
Os computadores quânticos, feitos de qubits baseados em átomos extremamente frios, estão crescendo em tamanho a um ritmo impressionante e poderão em breve tornar-se mais poderosos computacionalmente, mas a taxa a que ocorrem erros limitará a sua utilidade. Agora, os pesquisadores desenvolveram uma maneira de reabastecer e reutilizar esses qubits para tornar os cálculos mais práticos e confiáveis.
Todos os computadores quânticos existentes são propensos a erros e não podem realizar cálculos que seriam úteis, mas que lhes dariam uma vantagem sobre os computadores clássicos. No entanto, os pesquisadores fizeram progressos significativos no desenvolvimento de esquemas de correção de erros que podem resolver este problema.
Um desses esquemas divide os blocos de construção dos computadores quânticos, chamados qubits, em dois grupos principais. Um é o qubit, responsável pela manipulação dos dados e utilizado para realizar cálculos, e o outro é um grupo denominado qubits auxiliares, que rastreia erros.
Criar um grande número de qubits de alta qualidade para qualquer finalidade é um grande desafio técnico. Matt Norcia Ele e seus colegas da empresa americana Atom Computing desenvolveram uma maneira de reduzir o número de qubits necessários, reutilizando ou substituindo qubits auxiliares. Eles mostraram agora que o qubit de rastreamento de erros pode ser reciclado 41 vezes consecutivas.
“O cálculo do uso provavelmente será um cálculo muito longo, então as medições precisam ser feitas em muitas rodadas. Idealmente, gostaríamos de poder reutilizar qubits em várias rodadas para que não tenhamos que fornecer cada vez mais qubits ao sistema”, diz Norcia.
Ele e seus colegas usaram qubits feitos de átomos de itérbio eletricamente neutros que resfriaram a temperaturas muito próximas do zero absoluto usando lasers e pulsos eletromagnéticos. Usando lasers configurados em “pinças ópticas”, o estado quântico de cada átomo e suas propriedades quânticas que codificam as informações podem ser controlados. A equipe usou esta técnica para organizar o computador quântico em três zonas distintas.
Na primeira zona, 128 pinças ópticas instruíram os qubits a realizar cálculos e, na segunda zona, 80 pinças continham qubits que poderiam ser usados para medições de erros ou substituídos no lugar de qubits errados. A terceira zona serviu como armazenamento, mantendo espaço para outros 75 qubits que acabaram de se tornar úteis. Estas duas últimas zonas permitiram aos pesquisadores redefinir e reutilizar o qubit auxiliar ou substituí-lo por um novo qubit.
Norcia disse que era difícil fazer esse arranjo funcionar porque a luz dispersa de um laser poderia tocar qubits próximos e interromper sua funcionalidade. Por esse motivo, os pesquisadores precisavam desenvolver um controle preciso do laser, mas também uma forma de ajustar o estado dos qubits de dados para que ficassem “ocultos” ou não fossem afetados por certos tipos de luz prejudicial, diz ele.
“A reutilização do Ancilla é de fundamental importância para o avanço da computação quântica”, afirma. Yuval Borger na empresa norte-americana de computação quântica QuEra. Sem esta capacidade, mesmo os cálculos mais modestos exigiriam milhões ou mesmo milhares de milhões de qubits, o que simplesmente não é prático para hardware de computação quântica existente ou a ser construído em breve, diz ele.
Este problema é reconhecido por toda a comunidade de pesquisa de qubits baseados em átomos. “Acho que todos no espaço do átomo neutro (computação quântica) entendem a necessidade de redefinir e recarregar os átomos durante os cálculos”, diz Norcia.
Por exemplo, Borger destaca que uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts utilizou métodos semelhantes para sustentar a produção de computadores quânticos. 3.000 átomos de rubídio ultrafrios Corra por várias horas. Alguns computadores quânticos, como a máquina Helios recentemente revelada da Quantinuum, com qubits feitos de íons controlados pela luz, também podem reutilizar os qubits.
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