A correção de erros quânticos permitirá telescópios quânticos

Pesquisadores da Austrália e de Cingapura estão trabalhando em uma nova técnica quântica que poderia aprimorar o VLBI óptico. É conhecido como Passagem Adiabática Raman Estimulada (STIRAP), que permite que informações quânticas sejam transferidas sem perdas. Quando impressa em um código quântico de correção de erros, esta técnica poderia permitir observações VLBI em comprimentos de onda anteriormente inacessíveis. Uma vez integrada com instrumentos de próxima geração, esta técnica poderá permitir estudos mais detalhados de buracos negros, exoplanetas, do Sistema Solar e das superfícies de estrelas distantes.

A técnica de interferometria consiste em combinar a luz de vários telescópios para criar imagens de um objeto que de outra forma seria muito difícil de resolver. Interferometria de linha de base muito longa refere-se a uma técnica específica usada em radioastronomia onde sinais de uma fonte de rádio astronômica (buracos negros, quasares, pulsares, nebulosas de formação de estrelas, etc.) são combinados para criar imagens detalhadas de sua estrutura e atividade. Nos últimos anos, o VLBI produziu as imagens mais detalhadas das estrelas que orbitam Sagitarrius A* (Sgr A*), o SMBH no centro da nossa galáxia.

Já podemos fazer interferometria de grande base no microondas. Porém, esta tarefa torna-se muito difícil em frequências ópticas, porque mesmo a eletrônica mais rápida não consegue medir diretamente as oscilações do campo elétrico nessas frequências.

O processo que eles imaginam envolveria o acoplamento coerente da luz das estrelas em estados atômicos “escuros” que não irradiam. O próximo passo, disse Huang, é acoplar a luz à correção quântica de erros (QEC), uma técnica usada na computação quântica para proteger informações quânticas de erros devido à decoerência e outros “ruídos quânticos”.

Arxiv – Imagem de estrelas com correção quântica de erros.

A combinação da luz dos telescópios de todo o planeta permitiria imagens diretas de planetas em outros sistemas solares. A luz da estrela precisaria ser protegida para que pudéssemos ver o exoplaneta em detalhes.

Há trabalho para criar sombras estelares baseadas no espaço para grandes telescópios terrestres. Outros pesquisadores estão trabalhando em um redesenho ultraleve que será desenvolvido e que poderá ser construído ou montado no espaço.

Existem computadores quânticos com dezenas – ou em breve centenas – de qubits sendo disponibilizados. Muitos esforços de pesquisa têm se concentrado no uso de dispositivos quânticos de escala intermediária barulhentos (NISQ) para demonstrar capacidades que superam os computadores clássicos. Aqui, propusemos uma aplicação para um dispositivo NISQ para geração de imagens, onde protegemos as informações codificadas na luz estelar recebida. Para o tipo de ruído dominante – defasagem – mostramos que uma vantagem significativa pode ser obtida usando até mesmo um simples código de repetição. Para tipos de ruído (mesmo adversários) que corrompem até uma certa fração dos qubits.

Os pesquisadores do telescópio encontraram o limite – 9.4% – para o qual a informação quântica de Fisher pode ser preservada. Este limite é significativamente menos rigoroso do que o exigido para a computação quântica. Para defasagem pura, eles podem tolerar taxas de erro de até 50%. Isso significa que telescópios quânticos com correção de erros são mais fáceis do que computadores quânticos com correção de erros.

Eles antecipam que, aproveitando a teoria da computação quântica tolerante a falhas, seu esquema pode alcançar um QFI alto, mesmo com operação QEC imperfeita.