Porta de Fredkin: tijolo de computadores quânticos ficou maior

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/04/2016

A complexa operação de troca controlada, que exige cinco passos lógicos, é feita diretamente usando o fenômeno quântico do entrelaçamento.
[Imagem: Raj Patel/Geoff Pryde]

Tijolo quântico

Está cada vez mais próximo da realidade o sonho de construir um processador quântico ampliável, um que saia dos poucos qubits em escala experimental rumo a cálculos reais.

Pesquisadores superaram um dos principais desafios para a computação quântica prática simplificando uma operação lógica quântica que exigia aparatos muito complexos.

Eles demonstraram experimentalmente pela primeira vez um circuito conhecido como porta de Fredkin quântica.

"De forma similar a construir uma enorme parede usando uma multiplicidade de pequenos tijolos, grandes circuitos quânticos exigem muitas portas lógicas para funcionar. No entanto, se forem usados tijolos maiores, a mesma parede poderia ser construída com muito menos tijolos," compara o professor Raj Patel, da Universidade de Griffith, na Austrália.

"Nós demonstramos em nosso experimento como se pode construir circuitos quânticos maiores de uma maneira mais direta sem depender de pequenas portas lógicas," acrescentou.

Porta de Fredkin

Uma porta de Fredkin - idealizada por Edward Fredkin, professor da Universidade Carnegie Mellon - é um circuito computacional universal que pode ser usado para executar qualquer operação lógica ou aritmética. Ela é também conhecida como porta SWAP controlada, e teoricamente pode ser usada na computação reversível.

Patel e seus colegas construíram uma porta de Fredkin quântica, na qual dois qubits têm seus valores trocados ou não, dependendo do valor de um terceiro.

Normalmente, uma porta de Fredkin exige um circuito com cinco operações lógicas. Patel usou o entrelaçamento quântico de fótons - partículas de luz - para implementar a mesma operação diretamente, sem necessidade das operações individuais intermediárias.

O próximo passo será miniaturizar o dispositivo, colocando-o inteiro dentro de um chip.
[Imagem: Raj B. Patel et al. - 10.1126/sciadv.1501531]

Checagem de assinaturas

O dispositivo é ideal, por exemplo, para rodar o famoso algoritmo de Shor para a fatoração de grandes números, algo essencial na criptografia.

A porta de Fredkin quântica também pode ser usada para fazer uma comparação direta de dois conjuntos de qubits para determinar se eles são o mesmo conjunto ou não.

"Isto não é útil apenas na computação, sendo também uma característica essencial de alguns protocolos de comunicação quântica segura onde o objetivo é verificar se duas informações ou assinaturas digitais são idênticas," disse o professor Tim Ralph, da Universidade de Queensland, membro da equipe.

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