Átomos de césio viram qubits e armazenam informação quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/10/2004

Registrador quântico

Físicos da Universidade de Bonn, Alemanha, conseguiram dar mais um importante passo rumo ao processamento quântico de informações, utilizando átomos neutros. Eles conseguiram criar um registrador quântico experimental.

Registradores são a memória central de um computador. Eles são formados por células elementares, cada uma delas podendo conter um bit de informação, isto é, um 0 ou um 1 lógicos. Um registrador de oito bits, por exemplo, pode conter um número entre 0 e 255.

Cada operação feita em um computador exige ao menos dois registradores. O Assembly, que é a linguagem de programação de mais baixo nível, mais próxima do código da máquina, utiliza diretamente os registradores, conhecidos como AX, BX, CX etc.

"Para nossos registradores nós utilizamos átomos neutros," explica Dominik Schrader, coordenador da pesquisa, que acaba de ser publicada na Physical Review Letters. Um átomo é um sistema quântico microscópico e, portanto, pode guardar dados singulares. Em analogia com o bit, num sistema quântico esse átomo é conhecido como qubit.

Além dos estados clássicos de informações - zeros e uns - os qubits podem também assumir um número arbitrário de estados intermediários, conhecidos como estados quânticos superpostos.

Prisão de átomos

No experimento, Schrader e seu colega Arno Rauschenbeutel primeiro desaceleraram átomos de césio até que eles ficassem praticamente parados.

Cinco desses átomos "frios" foram carregados em um feixe de raios laser, uma onda estacionária de luz consistindo de uma série de picos e vales - grosseiramente comparáveis a uma folha de papelão corrugado.

Os átomos foram aprisionados no interior dos vales e permaneceram estacionários, o que os pesquisadores conseguiram comprovar com o auxílio de uma câmera digital de altíssima sensibilidade.

Com a ajuda de um laser adicional, os pesquisadores então inicializaram o seu registrador quântico, isto é, "escreveram" zeros em todos os qubits. "Nós conseguimos armazenar a informação quântica desejada em cada qubit utilizando radiação de microondas," explica Schrader.

Leitura magnética

Para manipular os qubits individualmente e seletivamente, os físicos geraram um campo magnético localizado. Dependendo da força local do campo magnético, os qubits somente reagiram à radiação de microondas de uma freqüência específica. Variando essa freqüência, eles conseguiram então gravar a informação quântica nos átomos.

A fim de checar se o registrador quântico realmente havia armazenado a informação desejada, os pesquisadores bombardearam a cadeia de átomos com um raio laser que somente interage com qubits de estado 0.

Os fótons do laser arrancaram esses átomos da armadilha, deixando os átomos 1 intactos. Na imagem feita a seguir, somente os átomos 1 estavam visíveis.

Agora os pesquisadores querem construir uma porta quântica, na qual dois ou mais qubits interagem entre si de forma controlada, podendo então ser utilizados para fazer operações. "Nós esperamos conseguir isso em dois anos," afirmou o Dr. Schrader.