Gato de Schrodinger vivo ou morto dentro de chip tem sete vidas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/01/2025

O átomo de antimônio tem oito posições possíveis de spin, o que dá sete vidas ao gato de Schrodinger, gerando um qubit praticamente imune a erros.
[Imagem: Xi Yu et al. - 10.1038/s41567-024-02745-0]

Gato de Schrodinger

Bolado originalmente como um experimento mental, hoje já se pode dizer com segurança que o famoso gato de Schrodinger virou não apenas um experimento do mundo real, mas um dispositivo usado em pesquisas e em tecnologias quânticas.

O experimento original, que incorpora o conceito da mecânica quântica chamado superposição, coloca a vida de um gato fechado em uma caixa nas mãos do decaimento de um átomo radioativo. De acordo com a mecânica quântica, a menos que o átomo seja observado diretamente, ele deve ser considerado como estando em uma superposição - isto é, estando em múltiplos estados ao mesmo tempo - de decaído e não decaído. Isso leva à conclusão intrigante de que o gato está em uma superposição de morto e vivo.

Agora, uma equipe da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, conseguiu não apenas concretizar o experimento do gato de Schrodinger dentro de um chip de silício, mas também criar o dispositivo que explora a superposição quântica do modo mais robusto já feito - e robustez na mecânica quântica significa coisas como diminuir a taxa de erros da computação quântica, um dos maiores entraves para que tenhamos computadores quânticos maiores e mais práticos.

O gato é representado por um único átomo do elemento químico antimônio incorporado dentro de um chip de silício. O antimônio é um material presente em nossos computadores e celulares, mas neste caso o chip foi adaptado para dar acesso ao estado quântico de um único átomo.

"Ao hospedar o 'gato de Schrodinger' atômico dentro de um chip de silício, obtemos um controle extraordinário sobre seu estado quântico - ou, se preferir, sobre sua vida e morte," disse o professor Danielle Holmes. "Além disso, hospedar o 'gato' no silício significa que, a longo prazo, essa tecnologia pode ser ampliada usando métodos semelhantes aos que já adotamos para construir os chips de computador que temos hoje."

O spin do antimônio pode tomar oito direções diferentes, em vez de apenas duas.
[Imagem: Xi Yu et al. - 10.1038/s41567-024-02745-0]

Gato de antimônio

A importância do "gato de antimônio" é que ele abre as portas para uma nova maneira de realizar computações quânticas. As informações ainda são codificadas em código binário, '0' ou '1', mas há mais espaço para erro entre os códigos lógicos, o que significa que o chip é muito mais tolerante a falhas.

Foi justamente para isso que a equipe escolheu o antimônio, que é muito mais complexo do que os qubits tradicionais.

"O antimônio é um átomo pesado, que possui um grande spin nuclear, o que significa um grande dipolo magnético," detalha o pesquisador Xi Yu. "O spin do antimônio pode tomar oito direções diferentes, em vez de apenas duas. Isso pode não parecer muito, mas na verdade muda completamente o comportamento do sistema. Uma superposição do spin do antimônio apontando em direções opostas não é apenas uma superposição de 'para cima' e 'para baixo' porque há múltiplos estados quânticos separando os dois ramos da superposição."

Isso tem consequências profundas para a construção de um computador quântico usando o spin nuclear de um átomo como qubit: Enquanto um único erro na posição do spin representa a perda da informação em um qubit tradicional, no qubit de antimônio é possível ter uma série de erros sem que a informação se vá para sempre.

O próximo passo é testar o qubit à prova de erros em computações reais.
[Imagem: Xi Yu et al. - 10.1038/s41567-024-02745-0]

Gato quântico com sete vidas

Com oito direções de spin diferentes, se o '0' for codificado como um 'gato morto' e o '1' como um 'gato vivo', um único erro no átomo de antimônio não será suficiente para embaralhar o código quântico.

"Como diz o provérbio, um gato tem sete vidas. Um pequeno arranhão não é suficiente para matá-lo. Nosso 'gato' metafórico tem sete vidas: Seriam necessários sete erros consecutivos para transformar o '0' em um '1'! É nesse sentido que a superposição de estados de spin do antimônio em direções opostas é 'macroscópica' - porque acontece em uma escala maior e cria um gato de Schrodinger," explicou Yu.

A equipe agora pretende usar seu gato de antimônio para demonstrar protocolos de correção de erros para a computação quântica.

Mais tópicos