Primeiro computador quântico programável universal é revelado

No início do ano, uma equipe de pesquisadores do Instituto Nacional de Tecnologia dos Estados Unidos criou um computador quântico capaz de processar dois bits quânticos, conhecidos como qubits. Estes bits conseguem armazenar mais informação que os comuns, que só têm dois estados. Assim, os computadores quânticos podem processar informações e realizar processos muito mais rapidamente que um computador comum.

O novo aparelho experimental utiliza íons de berílio para armazenar os qubits enquanto um laser realiza operações simples de lógica com os bits, enquanto outro laser analisa os resultados dos cálculos. “Quando demonstramos que era possível combinar vários componentes deste modo, nos perguntamos: o que podemos fazer com isso”, afirma David Hanneke (foto), que participou da pesquisa.

Os pesquisadores encontraram a resposta na teoria computacional quântica: “Um dos resultados mais interessantes dos últimos anos no campo da informação quântica foi que é possível realizar qualquer operação quântica com qubits usando apenas qubits sozinhos e em duplas”, afirma Hanneke. Embora isto já tivesse sido testado e usado para realizar algoritmos específicos, nenhum computador capaz que realizar todos os cálculos quânticos já havia sido criado – até agora.

Possibilidades infinitas

No interior do computador há uma pastilha de alumínio coberta com ouro, que contém uma “armadilha” eletromagnética de aproximadamente 200 micrometros de comprimento. Nesta parte do computador a equipe de pesquisadores colocou quatro íons – dois de magnésio e dois de berílio. Os íons de magnésio agem como resfriadores, removendo vibrações indesejadas da cadeia de íons e mantendo a estabilidade do aparelho.

Existe um número infinito de operações possíveis com o uso de dois qubits, então a equipe escolheu uma seleção aleatória de 160 operações para demonstrar a universalidade do processador. Cada operação é feita chocando os dois qubits com 31 canais quânticos codificados com os lasers. Controlando a voltagem nos eletrodos de ouro, os cientistas podem separar os íons quando os canais de qubits únicos são utilizados e juntá-los quando os canais requerem dois qubits.

A equipe realizou cada uma das 160 operações 900 vezes. Comparando os resultados obtidos com previsões teóricas, eles puderam observar que o processador funcionou como planejado. Porém, a exatidão da máquina foi de apenas 79%, de acordo com Hanneke. “Cada canal tem uma precisão de aproximadamente 90%, mas quando são colocados juntos, este número cai para 79% para uma operação qualquer”, diz o pesquisador.

Isto acontece, segundo o pesquisador, porque a pulsação do laser varia em intensidade. “Eles não são pulsos ‘quadrados’, eles oscilam”, explica Hanneke. Para que o processador possa ser utilizado com segurança para uso em maior escala, a exatidão das operações realizadas pelo computador quântico precisa ser de 99,99%.

Esta melhoria pode ser conseguida ao aumentar a estabilidade do laser e reduzindo os erros do hardware óptico. Se esses níveis de eficácia forem alcançados, o novo chip poderá ser usado como parte integral de um processador quântico, já que pode realizar várias operações, de acordo com os pesquisadores.