Físicos da Universidade de Innsbruck conseguem um emaranhamento quântico sem precedentes entre dois qudits, um avanço para computação quântica mais rápida e eficiente.
No mundo da computação, a informação é comumente representada por um sistema binário de zeros e uns. Mas na nossa vida cotidiana, utilizamos um sistema decimal, composto por dez dígitos, para representar números. Por exemplo, o número 9 em binário é representado por 1001, exigindo quatro dígitos ao invés de um, como no sistema decimal.
Os computadores quânticos de hoje surgiram do sistema binário, mas os sistemas físicos que codificam seus qubits (bits quânticos) também possuem a capacidade de codificar qudits, ou seja, dígitos quânticos. Uma equipe liderada por Martin Ringbauer do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck, demonstrou recentemente essa possibilidade. De acordo com o físico experimental Pavel Hrmo da ETH Zurich, “o grande desafio para os computadores quânticos baseados em qudit tem sido criar um emaranhamento eficiente entre os portadores de informações de alta dimensão”.
Um estudo recente publicado na revista Nature Communications, em 19 de abril de 2023, revelou um avanço promissor na tecnologia dos computadores quânticos. A equipe da Universidade de Innsbruck conseguiu emaranhar completamente dois qudits de forma inédita, permitindo a criação de sistemas quânticos mais eficientes e poderosos.
Pensando como um computador quântico
O número 9 é fácil de calcular para nós humanos, basta multiplicá-lo por si próprio e pronto, temos 81. Mas para um computador clássico, a história é diferente. Ele precisa converter 9 em binário (1001) e, em seguida, executar várias etapas de multiplicação binária nos bastidores, antes de exibir o resultado na tela. Isso pode ser feito com facilidade no mundo clássico, mas no mundo quântico, onde as interferências externas são inevitáveis, o número de operações necessárias deve ser reduzido para se obter um desempenho ideal nos computadores quânticos.
"Por isso, o emaranhamento quântico é crucial em qualquer cálculo realizado em um computador quântico. Ele é uma das características únicas da física quântica que possibilita a capacidade de processamento superior em comparação aos computadores clássicos. Entretanto, aproveitar todo esse potencial exige a geração precisa de emaranhamentos de alta dimensão, que sejam robustos o suficiente para suportar as interferências externas.
A linguagem natural dos sistemas quânticos
A equipe da Universidade de Innsbruck realizou um feito extraordinário na computação quântica. Eles emaranharam completamente dois qudits, cada um codificado em até 5 estados de íons de cálcio individuais. Esse avanço tem o potencial de revolucionar a computação quântica, permitindo que os físicos explorem novos caminhos além do processamento de informações binárias.
A equipe liderada por Martin Ringbauer acredita que essa abordagem de linguagem natural pode solucionar problemas complexos em diversas áreas, incluindo química, física e otimização. Com esse desenvolvimento, podemos estar mais próximos de ter computadores quânticos mais rápidos e robustos.
Referência: “Native qudit emaranhamento em um processador quântico de íons presos” por Pavel Hrmo, Benjamin Wilhelm, Lukas Gerster, Martin W. van Mourik, Marcus Huber, Rainer Blatt, Philipp Schindler, Thomas Monz e Martin Ringbauer, 19 de abril de 2023, Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-023-37375-2
O estudo foi financiado pelo Austrian Science Fund FWF, a Austrian Research Promotion Agency FFG, o European Research Council ERC, a União Europeia e a Federação das Indústrias Austríacas do Tirol, entre outros.
