Simetria desconhecida supera última fronteira para computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/12/2020

Por alguma razão ainda não compreendida, há uma simetria que impede que os qubits percam os dados mesmo se for adicionado ruído entre eles.
[Imagem: Dutta/Cooper - 10.1103/PhysRevLett.125.240404]

Simetria no entrelaçamento

Uma das maiores dificuldades para se construir um processador quântico com um número suficiente de qubits é proteger os qubits do ambiente, uma vez que qualquer radiação mínima - um fóton, um elétron ou um átomo são suficientes - faz com que eles percam os dados.

Shovan Dutta e Nigel Cooper, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, acreditam ter solucionado esse problema.

Os dois descobriram uma simetria nunca detectada antes em partículas quânticas e, mais importante, encontraram uma maneira de tirar proveito dela: Usando a simetria, as partículas microscópicas - ou qubits - podem permanecer intrinsecamente ligadas, ou entrelaçadas, a longas distâncias, mesmo que haja perturbações aleatórias acontecendo entre elas.

Usando a matemática da teoria quântica, eles descobriram uma configuração simples, onde partículas entrelaçadas podem ser preparadas e estabilizadas mesmo na presença de ruído, porque a simetria conserva o número de pares de qubits entrelaçados.

"Não esperávamos esse tipo de emaranhamento estabilizado," disse Dutta. "Nós tropeçamos nessa simetria oculta, o que é muito raro nesses sistemas ruidosos."

Qubits à prova de ruídos

Lidar com o ruído, que faz os qubits perderem os dados, é certamente o último dos grandes desafios para a construção de processadores quânticos grandes e realmente poderosos. "Até que possamos encontrar uma maneira de tornar os sistemas quânticos mais robustos, suas aplicações no mundo real serão limitadas," disse Dutta.

E foi justamente isso o que eles criaram. A dupla modelou um sistema atômico em uma formação de rede, onde os átomos interagem fortemente uns com os outros, saltando de um local da rede para outro. Quando se adiciona ruído no meio da rede, ele não afeta os qubits entrelaçados entre os lados esquerdo e direito - esta é a simetria até agora desconhecida, que conserva o número de pares entrelaçados.

A simetria protege os pares emaranhados e permite que seu número seja controlado de zero a um valor máximo muito grande. E as conclusões podem ser aplicadas a uma ampla classe de sistemas físicos usados nas plataformas experimentais, abrindo caminho para o entrelaçamento controlável em ambiente ruidoso.

Agora é esperar que os experimentalistas - incluindo pesquisadores de empresas como IBM, Google e outras - tirem proveito dessa simetria em seus computadores quânticos.

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