Cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiram armazenar 18 qubits (as unidades mais básicas da computação quântica) em apenas seis fótons entrelaçados.
O feito inédito de três qubits emaranhados por fóton é também um recorde do maior número de qubits ligados entre si via entrelaçamento ou emaranhamento quântico.
Qubits entrelaçados: por que são importantes
Todo cálculo que acontece em um computador convencional depende de bits, que alternam entre dois estados (geralmente chamados de “1” e “0”).
Os computadores quânticos, por sua vez, usam qubits, que oscilam de maneira semelhante entre dois estados, mas se comportam de acordo com as regras estranhas da física quântica: ao contrário dos bits convencionais, os qubits podem ter estados indeterminados – nem “1” nem “0”, mas uma possibilidade de ambos – tornando-se estranhamente conectados ou entrelaçados.
Isso, em teoria, permite vários tipos de cálculos que computadores comuns não conseguem fazer. O avanço realizado neste novo estudo é um passo adiante para tornar esse feito prático.
Ponto de virada: armazenar vários qubits em poucos fótons
Existem diversos outros experimentos quânticos envolvendo mais de 18 qubits, mas nestes os qubits não estão todos emaranhados. Em vez disso, os sistemas emaranham apenas alguns qubits vizinhos para cada cálculo.
A vantagem deste estudo é que a equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiu colocar muitos qubits em poucos fótons.
Segundo Sydney Schreppler, física quântica na Universidade da Califórnia em Berkeley (EUA) que não esteve envolvida na pesquisa, entrelaçar 18 partículas com um qubit cada seria um processo muito lento.
Leva “muitos segundos” para entrelaçar apenas as seis partículas usadas no experimento, o que já é “uma eternidade” em tempo computacional, onde um novo processo de entrelaçamento deve começar para cada cálculo. “Cada partícula adicional no emaranhamento leva mais tempo para entrar na festa do que a última, a tal ponto que seria completamente irracional construir um entrelaçamento de 18 qubits, um qubit por vez”, explicou ao portal Live Science.
O método
Para colocar três qubtis em cada um dos seis fótons entrelaçados, os pesquisadores chineses aproveitaram os “múltiplos graus de liberdade” das partículas.
Quando um qubit é codificado em uma partícula, ele é codificado em um dos estados que a partícula pode estar, como sua polarização ou seu spin quântico. Cada um desses “estados” é um “grau de liberdade”.
Um experimento quântico típico envolve apenas um grau de liberdade em todas as partículas envolvidas. Mas partículas como fótons têm muitos graus de liberdade. Ao codificar usando mais de um deles ao mesmo tempo, um sistema quântico pode armazenar muito mais informações em menos partículas.
“É como se você pegasse seis bits em seu computador, mas cada bit triplicasse em quanta informação pode conter”, disse Schreppler, “e pudesse fazer isso de maneira muito rápida e eficiente”.
Próximos passos
O feito deste estudo foi importante, mas não significa que todos os experimentos de computação quântica começarão a envolver muito mais graus de liberdade de cada vez.
Os fótons são particularmente úteis para certos tipos de operações quânticas, mas outras formas de qubits, como as usadas em circuitos supercondutores, podem não funcionar tão facilmente com esse tipo de operação.
Uma questão que permanece em aberto é se os qubits entrelaçados todos interagem igualmente, ou se existem diferenças entre as interações de qubits na mesma partícula ou as interações de qubits através dos diferentes graus de liberdade.
De acordo com a equipe chinesa, no futuro, esse tipo de configuração experimental poderia permitir certos cálculos quânticos que até agora só foram discutidos teoricamente.
Um artigo foi publicado na revista científica Physical Review Letters, também está disponível para leitura no servidor arXiv.
Fonte: Hypescience
