Processador quântico programável roda pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/12/2009

David Hanneke junto ao dispositivo de laser usado para demonstrar o primeiro processador universal programável para um potencial computador quântico. Os qubits de berílio estão dentro do cilindro, na parte inferior esquerda.
[Imagem: J. Burrus/NIST]

Físicos do Instituto Nacional de Metrologia e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos demonstraram o funcionamento prático do primeiro "processador universal" quântico programável.

Esta é a primeira vez que a computação quântica vai além da realização de tarefas individuais usando qubits.

Processador quântico

Ainda não é um processador quântico no sentido integral do termo, que possa rivalizar com os atuais processadores eletrônicos, mas é um módulo que poderá ser usado para compor o processador de um futuro computador quântico.

Usando dois qubits, os pesquisadores viabilizaram a realização de cálculos computacionais previstos em um programa que combina entradas numéricas para computar os diversos passos previstos em um algoritmo lógico.

"É um passo importante rumo ao grande objetivo de fazer cálculos com inúmeros qubits. A ideia é ter vários desses módulos processadores, ligando-os para construir um processador quântico real," disse David Hanneke, principal autor da pesquisa.

Qubits de íons

O módulo de processamento quântico armazena as informações binárias (0s e 1s) em dois íons de berílio, átomos eletricamente carregados que são mantidos isolados em armadilhas magnéticas, sendo manipulados por lasers ultravioleta. Dois íons de magnésio também mantidos nas armadilhas ajudam a resfriar os íons de berílio, preservando seus estados.

Qubits de íons representam apenas uma dentre várias possibilidades que estão sendo exploradas para a construção de qubits para um computador quântico - veja Diamante tem qubit natural para construção de computadores quânticos.

Os cientistas podem manipular os estados de cada um dos qubits de berílio, incluindo colocá-los em uma superposição de valores 0 e 1 ao mesmo tempo, uma das maiores vantagens do processamento da informação no mundo quântico.

Eles também conseguiram demonstrar o entrelaçamento, um fenômeno quântico que liga as propriedades dos dois íons mesmo quando os dois estão fisicamente separados, algo que Einstein chamou "átomos assombrados - veja Átomos assombrados de Einstein abrem caminho para computação quântica.

Processador universal

Usando os dois fenômenos quânticos, os cientistas do NIST executaram 160 rotinas diferentes usando apenas os dois qubits.

Embora haja um número infinito de possíveis rotinas para programas de dois qubits, os cientistas afirmam que o conjunto das 160 rotinas escolhidas é grande e variado o suficiente para representar todas as possibilidades, o que lhes daria o direito de chamar seu processador quântico de dois qubits de um "processador quântico universal."

Cada programa, selecionado aleatoriamente, rodou 900 vezes, dando resultados precisos em 79% do tempo. O tempo de execução foi de 37 milissegundos para cada rodada de cada programa.

A redução da taxa de erros é um dos principais desafios a serem enfrentados agora pelos pesquisadores. A precisão deve ser elevada substancialmente, caso contrário uma parcela significativa dos ganhos da computação quântica poderá ser perdida como "overhead" necessário para corrigir erros.

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