Além dos qubits: QuDits compartilham até cinco dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/05/2023

A equipe já conseguiu codificar até oito estados em cada qudit, obtendo o entrelaçamento completo entre cinco deles.
[Imagem: Harald Ritsch]

Entrelaçamento multidimensional

Há muito se sabe que os computadores quânticos não precisam ficar limitados à codificação binária dos computadores eletrônicos, nos quais a informação é codificada como 0s e 1s.

É fato que os primeiros qubits nasceram baseados na paradigma binário, mas hoje se sabe que um processador quântico pode se basear em quDits, em vez de quBits.

A diferença é grande: Considere, por exemplo, a codificação binária para o algarismo 9 do sistema decimal, que é representado como 1001 em binário, ou seja, exigindo três bits adicionais para a mesma representação. Os qudits podem reduzir largamente, ou mesmo eliminar esse problema porque múltiplos dados são guardados no mesmo suporte físico.

Mas aí surgiu outro problema: Se já dominamos o entrelaçamento entre bits quânticos individuais, fazendo-os ficar intimamente ligados, com um afetando imediatamente o outro para lhe passar sua parte do cálculo ou seu resultado, ninguém ainda havia conseguido fazer o entrelaçamento de qudits de modo eficiente, já que cada qudit carrega um volume de informações muito maior, e é preciso garantir que, ao mexer numa dessas informações, você irá afetar apenas a informação correspondente no outro qudit.

Esse desafio acaba de ser vencido por Pavel Hrmo e colegas da Universidade de Innsbruck, na Áustria, que demonstraram como dois qudits podem ser totalmente entrelaçados um com o outro.

E eles fizeram isto com um desempenho sem precedentes, abrindo caminho para computadores quânticos mais eficientes e poderosos.

Os qudits ficam dentro de uma câmara de vácuo.
[Imagem: Martin van Mourik]

Pensando como um computador quântico

Os pesquisadores conseguiram entrelaçar completamente dois qudits, cada um codificado com até 5 dados diferentes.

Ou seja, essa nova técnica permite que os computadores quânticos lidem de uma só vez com até 31 algarismos (binário 11111). Na prática, porém, um estado é normalmente reservado para controle, restando então 15 estados disponíveis para computação (binário 1111).

"Os sistemas quânticos têm muitos estados disponíveis esperando para serem usados na computação quântica, em vez de limitá-los para trabalhar com qubits," disse o professor Martin Ringbauer. "Muitos dos problemas mais desafiadores de hoje, em campos tão diversos como química, física ou otimização, podem se beneficiar dessa linguagem mais natural de computação quântica."

A demonstração foi realizada com qudits iônicos (íons de cálcio individuais), mas abre caminho para se obter o entrelaçamento de qudits em outros tipos de bits quânticos.

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