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Computadores quânticos de átomos neutros aproximam-se da realidade com dois novos avanços

Carimbo de data / hora: 25 de abril de 2022 10h00
computador quântico de átomo neutro

Os computadores quânticos de átomos neutros prometem soluções para muitos dos problemas que afetam os dispositivos atuais, mas a tecnologia ainda é incipiente. Avanços recentes na capacidade de controlar e programar esses dispositivos sugerem que eles podem estar se aproximando do horário nobre.

A tecnologia quântica mais desenvolvida atualmente depende de qubits supercondutores, que alimentam os processadores da IBM e do Google. Mas embora estes dispositivos tenham sido usados ​​para demonstrar supremacia quântica e construir o maior computador quântico universal até o momento, eles têm algumas limitações.

Para começar, eles precisam ser resfriados perto do zero absoluto, o que requer equipamentos criogênicos volumosos e caros. Seus estados quânticos também são muito frágeis, normalmente durando apenas microssegundos, e eles só são capazes de interagir diretamente com seus vizinhos mais próximos, o que limita a complexidade dos circuitos que podem implementar.

Os computadores quânticos de átomos neutros evitam esses problemas. Eles são construídos a partir de uma série de átomos individuais que são resfriados a temperaturas ultrabaixas por meio do disparo de lasers contra eles. O resto do dispositivo não precisa de resfriamento e os átomos individuais podem ser organizados com apenas micrômetros de distância, tornando todo o sistema incrivelmente compacto.

A informação quântica é codificada em estados atômicos de baixa energia que são muito estáveis, de modo que esses qubits têm vida muito mais longa do que os supercondutores. Essa estabilidade também dificulta a interação dos qubits, o que torna mais difícil a criação de emaranhados, que são centrais para a maioria dos algoritmos quânticos. Mas estes átomos neutros podem ser colocados num estado altamente excitado, chamado Estado de Rydberg, disparando pulsos de laser contra ele, que podem ser usados ​​para entrelaçá-los.

Apesar dessas características promissoras, a tecnologia tem sido usada até agora principalmente para simuladores quânticos que ajudam a compreender processos quânticos, mas não são capazes de implementar algoritmos quânticos. Agora, porém, dois estudos em Natureza, liderado por pesquisadores de empresas de computação quântica QuEra e FrioQuanta, mostraram que a tecnologia pode ser usada para implementar circuitos multi-qubit.

Os dois grupos abordam o problema de maneiras ligeiramente diferentes. A equipe QuEra faz uma nova abordagem para conectividade em seu dispositivo usando feixes de laser bem focados, conhecidos como pinças ópticas, para mover fisicamente seus qubits. Isso permite que eles os enredem facilmente com qubits distantes, em vez de ficarem limitados apenas aos mais próximos. O ColdQuaA equipe nta, por outro lado, emaranhou seus qubits por simultaneamente emocionante dois deles em um estado de Rydberg.

Ambos os grupos foram capazes de implementar circuitos multi-qubit complexos. E como Hannah Williams, da Universidade de Durham, no Reino Unido, observa em um comentário de acompanhamento, as duas abordagens são complementares.

Embaralhar fisicamente os qubits significa que há longos intervalos entre as operações, mas a conectividade flexível torna possível criar circuitos muito mais complexos. A abordagem ColdQuanta, entretanto, é muito mais rápida e pode executar múltiplas operações em paralelo. “Uma combinação das técnicas apresentadas por esses dois grupos levaria a uma plataforma robusta e versátil para computação quântica”, Williams escreve.

Uma série de melhorias são necessárias antes que isso aconteça, de acordo com Williams, desde melhores fidelidades de portão (quão consistentemente você é capaz de configurar a operação correta) até formatos de feixe de laser otimizados e lasers mais potentes.

Ambas as empresas parecem estar confiantes de que isso não demorará muito. QuEra já revelou um simulador quântico de 256 átomos no ano passado e, de acordo com o site deles, um computador quântico de 64 qubit “chegará em breve”. ColdQuanta é mais específico, com a promessa de que seu Computador Hilbert de 100 qubits estará disponível este ano.

Ainda não se sabe com que rapidez os átomos neutros poderão alcançar as tecnologias líderes do setor, como qubits supercondutores e íons aprisionados, mas parece que um novo concorrente promissor entrou na corrida quântica.

Crédito da imagem: Shahadat Rahman em Unsplash

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