Pista quântica inclinada deixa qubit acelerar sem derrapar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/01/2017

A forma da frente de onda dos pulsos de laser é responsável pela aceleração da dinâmica das partículas quânticas, ou qubits.
[Imagem: Peter Allen]

Corrida quântica

O que têm os futurísticos computadores quânticos a ver com uma pista de corrida? Difícil dizer, mas a analogia pode ser útil.

Inspirados em pistas de corrida como Indianápolis e Daytona, físicos descobriram uma nova forma de controlar os bits dos computadores quânticos, que são muito propensos a derrapar e sair da pista - ou, em outros termos, a sofrer interferências e perder os dados.

As pistas ovais possuem uma inclinação lateral - de até 30º - para permitir que os carros corram mais rápido. É mecânica newtoniana básica: a inclinação da pista para o interior permite que a força normal proporcionada pelo pavimento cancele a aceleração centrífuga do carro, ou sua tendência para deslizar para o lado externo da curva. Quanto maior a velocidade que se deseja atingir, maior deve ser o ângulo de inclinação da pista.

"A dinâmica das partículas quânticas se comporta de forma análoga. Embora as equações do movimento sejam diferentes, para mudar com precisão o estado de uma partícula quântica em alta velocidade você precisa projetar a pista adequada para transmitir as forças certas," explicou o professor Aashish Clerk, líder de uma equipe dos EUA e da Alemanha que usou esse conhecimento para facilitar a vida dos projetistas dos computadores quânticos.

Eles idealizaram uma técnica para permitir uma dinâmica quântica mais rápida absorvendo as acelerações prejudiciais sentidas pela partícula quântica. Essas acelerações, a menos que sejam compensadas, podem desviar a partícula de sua trajetória no espaço do estado quântico, de forma similar a que a aceleração centrífuga deflete o carro de corrida de sua trajetória na pista.

Pista inclinada para qubits

Para construir essa pista quântica inclinada, a equipe usou pulsos de laser com formatos - a "frente da onda" - cuidadosamente ajustados e confirmou que o aparato consegue dirigir com precisão a trajetória dos elétrons envolvidos em um dos qubits mais promissores para a computação quântica: as vacâncias de nitrogênio, isoladas no interior de nanodiamantes.

"Nós demonstramos que esses novos protocolos podem alternar o estado de um bit quântico, de desligado para ligado, 300% mais rápido do que os métodos convencionais," confirmou o professor David Awschalom, cuja equipe recentemente construiu um qubit geométrico imune a interferências externas.

"Aproveitar cada nanossegundo do tempo de operação é essencial para reduzir o impacto da decoerência quântica," acrescentou Awschalom, referindo-se ao fenômeno de perda do dado do qubit.

"O que é promissor para transferir essas técnicas para fora do laboratório é que elas são efetivas mesmo quando o sistema não está perfeitamente isolado," acrescentou outro membro da equipe, Guido Burkard.

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