Nova tecnologia de laser pode revolucionar a computação quântica, apontam pesquisadores

Uma nova pesquisa conduzida pela Universidade de Columbia trabalha em cima de uma avançada tecnologia de laser quântica como possivel resposta para superar um dos maiores obstáculos do desenvolvimento de supercomputadores: a escalabilidade.

Embora o conceito de processamento quântico há tempos permeie o conceito de resolver problemas complexos quase instantaneamente, a construção de máquinas estáveis e capazes de operar com milhões de qubits ainda enfrenta barreiras físicas significativas, principalmente no controle de ruído e estabilidade dos componentes. É por isso que computadores quânticos estao demorando.

Atualmente, a indústria de hardware e a comunidade científica concordam que, para aplicações comerciais viáveis, serão necessários computadores com uma quantidade massiva de qubits. No entanto, o método tradicional de escalar esses componentes geralmente resulta em instabilidade.

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O estudo recente propõe uma abordagem diferente neste sentido, baseada em metassuperfícies para controlar átomos individuais com precisão inédita, abrindo caminho para sistemas muito mais robustos.

O desafio da estabilidade dos Qubits

Assim como o bit é a unidade básica da computação clássica, o qubit (bit quântico) é o alicerce deste novo modelo de processamento.

O grande problema enfrentado por empresas e pesquisadores, incluindo gigantes que investem no setor como a Intel e a IBM, é a fragilidade desses elementos.

Cada qubit físico é extremamente suscetível a interferências externas, conhecidas como “ruído”

Ao tentar aumentar o número de qubits em um sistema, por exemplo o ruído gerado tende a crescer exponencialmente, degradando as informações quânticas em questão de microssegundos. Para amenizar esse efeito, cientistas utilizam a correção de erro quântico, criando qubits lógicos que filtram essas falhas.

Contudo, escalar a quantidade de qubits físicos e lógicos mantendo a taxa de erros baixa tem se provado uma tarefa complexa com os métodos atuais.

Metassuperfícies e pinças ópticas

A inovação apresentada pelos pesquisadores de Columbia no estudo envolve o uso de arrays de pinças ópticas geradas por metassuperfícies.

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Diferente das tentativas anteriores, esta técnica utiliza feixes de luz altamente focados para capturar e controlar átomos de estrôncio, que funcionam naturalmente como qubits.

Segundo o estudo publicado na Nature, este método permite um controle sem precedentes sobre átomos e moléculas individuais.

As metassuperfícies funcionam como dispositivos fotônicos planos compostos por milhões de pixels de tamanho nanométrico.

Elas moldam um único feixe de luz em um padrão uniforme, criando uma grade de armadilhas ópticas.

Os resultados obtidos ate o momento demonstram avanços claros:

• Capacidade atual: a equipe conseguiu prender 1.000 átomos de Estrôncio com sucesso.

• Potencial de escala: o método demonstrou viabilidade para criar arrays com até 360.000 armadilhas ópticas.

• Comparativo: as limitações anteriores, usando defletores acústico-ópticos, restringiam os arrays a cerca de 10.000 armadilhas.

A nova técnica supera barreiras de resolução óptica que limitavam o crescimento dos sistemas.

A uniformidade na profundidade e frequência das armadilhas, juntamente com a precisão posicional, coloca esta técnica à frente das abordagens existentes no mercado de tecnologia.

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O futuro do processamento de dados

O uso de materiais de alto índice de refração, como Nitreto de Silício rico em Slício e dióxido de Titânio, foi fundamental para fabricar essas metassuperfícies holográficas eficientes.

Com a possibilidade de capturar centenas de milhares de átomos em geometrias arbitrárias, o caminho para computadores quânticos com correção de erros robusta torna-se mais tangível.

Embora ainda estejamos distantes de um cenário de ficção científica, como o teletransporte de matéria, avanços na manipulação de dados quânticos são constantes. Recentemente, pesquisadores conseguiram realizar o “teletransporte” de informações entre supercomputadores, um passo importante para a comunicação segura.

A nova técnica de laser da Universidade de Columbia adiciona uma peça importante a este quebra-cabeça, sugerindo que a barreira para a computação de alta performance pode ser quebrada mais cedo do que o previsto.

Fonte(s): Nature

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