Cientistas da IBM fizeram avanços importantes para a construção de um
computador quântico prático. Pela primeira vez, eles conseguiram
detectar e medir os dois tipos de erros quânticos possíveis
simultaneamente.
Esse passo é essencial para finalmente termos um computador mais
avançado do que os atuais. O primeiro computador quântico poderia ser
construído com apenas 50 bits quânticos (qubits) e ainda assim nenhuma
combinação de supercomputadores de hoje o superariam.
O novo circuito
Os dois tipos de erros quânticos são bit-flip e phase-flip. Eles
ocorrem em qualquer computador quântico real. Até agora, só era possível
resolver um tipo de erro ou outro, mas nunca os dois ao mesmo tempo.
O novo e complexo circuito de bits da IBM, com base em uma rede
quadrada de quatro qubits supercondutores num chip quadrado de cerca de
60 centímetros, permite que ambos os tipos sejam detectados
simultaneamente.
Ao optar por um design quadrado em vez de uma matriz linear, o
projeto da IBM mostra o melhor potencial para escalar a tecnologia,
adicionando mais qubits para se chegar a um sistema quântico funcional.
Detecção de erros
Um dos grandes desafios da computação quântica é controlar ou remover
a decoerência quântica – a criação de erros nos cálculos causados pela
interferência de fatores como calor, radiação eletromagnética e defeitos
de material. Esses erros são especialmente agudos em máquinas
quânticas, uma vez que a informação quântica é muito frágil.
A peça mais básica de informação que um computador típico entende é o
bit, que pode ter apenas dois valores: “1” ou “0”. Já um bit quântico
(qubit) pode conter um valor de 1 ou 0, bem como os dois valores ao
mesmo tempo. Isso se chama superposição e é designado como “0 + 1″.
Este estabelecimento de superposição é o que permite que os
computadores quânticos escolham a solução correta entre milhões de
possibilidades em um tempo muito mais rápido do que um computador
convencional.
No entanto, dois tipos de erros podem ocorrer em tal estado de
superposição. Um é chamado de bit-flip, que simplesmente inverte um 0 em
1 e vice-versa. Trabalhos anteriores já haviam mostrado como
detectá-los em qubits. No entanto, faltava resolver os phase-flip. Esse
erro inverte o sinal (+) da relação de fase entre 0 e 1.
O avanço
Todas as tecnologias qubits existentes são frágeis porque perdem a
sua informação ao interagir com a matéria e radiação eletromagnética. Os
pesquisadores têm encontrado formas de preservar essa informação muito
mais tempo pela difusão dos dados através de muitos qubits físicos.
“Código de superfície” é o nome técnico de um esquema de correção de
erro que espalha informação quântica através de muitos qubits.
A equipe da IBM usou uma variedade de técnicas para testar os
aspectos da informação quântica armazenada em qubits. Especificamente,
conseguiram usar duas medições para revelar se ocorreu um erro de
bit-flip ou de phase-flip a qualquer um dos qubits. Determinar a
informação quântica conjunta nos qubits é um passo essencial para a
correção de erro quântico sem destruir a informação contida dentro
deles.
Como estes qubits podem ser projetados e fabricados com técnicas de
silício padrão, a IBM antecipa que uma vez que vários qubits
supercondutores sejam fabricados de forma confiável repetidamente e
controlados com baixas taxas de erro, não haverá nenhum obstáculo
fundamental para essa tecnologia quântica.
Aplicações
Embora computadores quânticos tenham sido tradicionalmente explorados
para a criptografia, uma outra área interessante é o potencial de
sistemas quânticos práticos de resolver problemas da física e da química
que são insolúveis hoje.
Isso poderia permitir aos cientistas criar novos materiais, compostos e
medicamentos sem experiências de tentativa e erro caras em laboratório,
potencialmente aumentado a taxa e ritmo de inovação em muitos setores.
Fonte: http://hypescience.com/cientistas-dao-passos-criticos-para-construir-o-primeiro-computador-quantico-pratico/
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