Cientistas que trabalham na área de computadores quânticos estão tentando resolver vários desafios assustadores. Uma delas, provavelmente a mais complexa, consiste em desenvolver uma tecnologia que permita equipamentos quânticos compensar seus próprios erros. Também é essencial desenvolver novos algoritmos quânticos, fabricar qubits de maior qualidade e desenvolver novas ferramentas para controlá-los com precisão e realizar operações mais lógicas com eles.
Curiosamente, existe um desafio associado à computação quântica que muitas vezes passa despercebido e, tal como os desafios que acabamos de mencionar, é crucial. Para que os qubits de um computador quântico desempenhem corretamente sua função, é fundamental que operem em ambiente controlado, para que estejam sujeitos ao mínimo de perturbações possíveis. Caso contrário, o estado quântico do sistema não será preservado e as perturbações farão com que ele mude espontaneamente o seu estado quântico.
Para recriar o ambiente de trabalho ideal, os qubits supercondutores operam em temperaturas extremamente baixas. Na verdade, está muito próximo do zero absoluto, que é -273,15 ºC. A temperatura de trabalho dos equipamentos quânticos que empresas como Intel, Google ou IBM possuem é cerca de 20 milikelvin, que é aproximadamente -273 ºC. A vantagem de operar com um nível de energia tão baixo é que permite estender o tempo durante o qual os qubits mantêm os efeitos quânticos, mas não é fácil recriar essas condições.
A decoerência quântica é o inimigo a vencer
No contexto dos computadores quânticos, a decoerência quântica ocorre quando desaparecem as condições necessárias para que um sistema que está em um estado quântico emaranhado se mantenha. Isso significa, em palavras um pouco mais simples, que a partir desse momento os qubits param de se comportar conforme ditado pelas regras da mecânica quântica e passam a exibir o comportamento ditado pelas regras da física clássica.
Quando a decoerência quântica aparece, os qubits param de se comportar conforme ditado pelas regras da mecânica quântica e começam a exibir o comportamento ditado pelas regras da física clássica.
Dadas as circunstâncias, é evidente que o aparecimento da decoerência quântica é um problema. E é porque quando os computadores quânticos aparecem eles perdem todas as suas vantagens sobre os supercomputadores clássicos. Físicos e engenheiros que trabalham para melhorar a qualidade dos qubits e preservar pelo maior tempo possível as condições necessárias para manter a coerência quântica aos poucos vão conseguindo resultados muito positivos. Justamente um grupo de pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology), nos Estados Unidos, deu uma contribuição muito importante.
“Este é um dos principais problemas da informação quântica. O spin nuclear é um recurso muito atraente para o ajuste fino de sensores quânticos, giroscópios e memórias quânticas, mas tem um tempo de coerência de cerca de 150 microssegundos. Com o tempo, a informação simplesmente desaparece. O que descobrimos é que, se compreendermos melhor as interações nesses sistemas (o ruído), poderemos fazer muito melhor.” Esta afirmação de Ju Li, físico que lidera o grupo de investigação do MIT, sugere a estratégia implementada por estes investigadores.
E é que a solução deles é muito engenhosa: eles desenvolveram um protocolo que, segundo o artigo que publicaram na Physical Review Letters, consegue atrasar o tempo de coerência de 150 microssegundos até 3 milissegundos. A diferença é enorme.
Curiosamente, a estratégia que implementaram para caracterizar a fonte de ruído (essencialmente é a energia térmica residual presente no sistema quântico) e inibi-la é semelhante à forma como os fones de ouvido com cancelamento combatem o ruído. No entanto, há outras boas notícias: no seu artigo explicam que este é apenas o ponto de partida, pelo que esperam atingir tempos de coerência superiores a 3 milissegundos. Espero que tenham sucesso e cumpram o que prometeram.
Imagem de capa: IBM
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