Em um passo importante para a computação quântica em escala atômica , os cientistas construíram a primeira porta de dois qubits entre os átomos de silício, permitindo que os qubits se comuniquem entre si e realizem as operações mais rapidamente do que nunca.
Como um gate de dois qubits é o bloco de construção fundamental de um computador quântico , isso tem implicações surpreendentes.
"Muita gente achou que isso não seria possível", disse a física quântica Michelle Simmons, da Universidade de New South Wales (UNSW), na Austrália.
Os Qubits são bits quânticos e são o equivalente de computação quântica de bits binários, as unidades básicas de informação. No entanto, onde os bits processam informações em um dos dois estados - um 1 ou um 0 - um qubit pode estar no estado 1, 0 ou ambos simultaneamente, com base em seus estados de rotação.
O último estado - 1 e 0 ao mesmo tempo - é conhecido como superposição.
Como informamos no início deste ano , a manutenção da superposição dos qubits permite que os computadores quânticos resolvam problemas matemáticos complexos executando cálculos baseados na probabilidade do estado de um objeto antes que ele seja medido.
Mas para cálculos mais eficientes, queremos que os qubits sejam capazes de se comunicar uns com os outros. Por isso, a porta de dois qubits, que uma equipe da UNSW só conseguiu atingir em 2015 .
A tecnologia já percorreu um longo caminho. No início deste ano, os pesquisadores conseguiram medir a precisão das operações de dois qubits .
Agora, ao colocar dois qubits de átomos mais próximos do que nunca, e medir e controlar seus estados de spin em tempo real, uma equipe diferente liderada por Simmons reduziu o tempo de uma operação de dois qubits para apenas 0,8 nanossegundos.
Isso é 200 vezes mais rápido que qualquer outro gate de dois qubits desenvolvido até o momento.
"Atom qubits detém o recorde mundial para os tempos de coerência mais longos de um qubit em silício com as maiores fidelidades", disse Simmons.
"A otimização de todos os aspectos do design do dispositivo com precisão atômica nos permitiu agora criar um gate de dois qubits realmente rápido e altamente preciso, que é o bloco de construção fundamental de um computador quântico escalonável e baseado em silício."
É um trabalho de cair o queixo. Primeiro, a equipe teve que calcular a distância ideal para colocar os dois átomos de fósforo para operações quânticas. Isso acabou sendo apenas 13 nanômetros.
Então, eles tiveram que usar um microscópio de tunelamento - um instrumento projetado para criar imagens em um nível atômico - para posicionar e encapsular os átomos no silício com alta precisão, bem como os circuitos necessários para controlar e ler os estados de spin dos qubits. .
Não só a equipe poderia medir as mudanças nos qubits em tempo real, mas também controlar quão fortemente os dois interagiam.
"Fomos capazes de aproximar ou afastar os elétrons do qubit, efetivamente ligando e desligando a interação entre eles, um pré-requisito para um gate quântico", disse o físico quântico Yu He.
"O confinamento apertado dos elétrons do qubit, exclusivo de nossa abordagem, e o ruído inerentemente baixo em nosso sistema nos permitiram demonstrar a mais rápida porta de dois qubits em silício até hoje."
É, ele acrescentou, perfeitamente adequado para enviar informações entre dois qubits. E, quando combinado com um único qubit gate, ele pode executar qualquer algoritmo que você lançar nele.
Teoricamente, isso é escalável. Desenvolvê-lo ainda vai levar um pouco mais de tempo, mas essa conquista é um marco muito importante que abre a porta para essa escalabilidade.
"Este foi um dos marcos finais da equipe de Michelle para demonstrar que eles podem realmente fazer um computador quântico usando átomos qubits", disse Emma Johnston, reitora da UNSW.
"Seu próximo grande objetivo é construir um circuito integrado quântico de 10 qubits - e esperamos que eles atinjam isso dentro de 3-4 anos."
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