Cristais do tempo podem desbloquear um novo futuro radical para computadores quânticos: WebCuriosos

O caminho para a supremacia quântica é complicado por um desafio de conto de fadas – como transportar uma nuvem sem alterar a sua forma?

A solução potencial parece quase tão fantástica quanto o problema. Você poderia guiar a nuvem para dançar enquanto ela viaja, ao ritmo de um material único conhecido como cristal do tempo.

Krzysztof Giergiel e Krzysztof Sacha da Universidade Jagiellonian na Polônia e Peter Hannaford da Swinburne University of Technology na Austrália propõem um novo tipo de circuito de 'tempo' que pode estar à altura da tarefa de preservar os estados nebulosos dos qubits enquanto eles são transportados através de tempestades de lógica quântica.

Ao contrário das descrições de objetos como tendo locais e movimentos claramente definidos, uma perspectiva quântica da mesma partícula descreve características como sua posição, momento e rotação como um borrão de probabilidades.

Esta “nuvem” de possibilidades é melhor compreendida isoladamente. Uma vez que a partícula interage com o seu ambiente, a sua variedade de possibilidades muda, tal como as probabilidades de um corredor vencer a corrida de velocidade de 100 metros nos Jogos Olímpicos, até que finalmente apenas um resultado é observado.

Assim como um computador clássico pode usar os estados binários das partículas como interruptores “liga-desliga” em portas lógicas, os computadores quânticos podem, teoricamente, explorar a propagação de incertezas em uma partícula para resolver rapidamente seus próprios tipos de algoritmos, muitos dos quais seriam impraticáveis. ou mesmo impossível de resolver à moda antiga.

O desafio reside em preservar a coerência dessa nuvem quântica de possibilidades – referida como qubit – durante o maior tempo possível. A cada solavanco, a cada brisa eletromagnética, aumenta o risco de erros que arruínam o processo de processamento de números.

Os computadores quânticos práticos exigem que centenas, senão milhares de qubits permaneçam intactos por longos períodos, tornando um sistema em grande escala um desafio monumental.

Os pesquisadores têm procurado uma variedade de maneiras de tornar a computação quântica mais robusta, seja bloqueando qubits individuais para protegê-los da decoerência ou construindo redes de segurança ao seu redor.

Agora, os físicos Giergiel, Sacha e Hannaford descreveram uma nova abordagem que transforma computadores quânticos em uma sinfonia de qubits guiada pela batuta de um tipo muito estranho de maestro.

Os cristais do tempo são materiais que se transformam em padrões repetidos ao longo do tempo. Teorizados como curiosidades há pouco mais de uma década, versões desses sistemas de “tique-taque” foram desenvolvidas usando o leve empurrão de um laser e aglomerados ultrafrios de átomos, onde explosões de luz enviam partículas em oscilações periódicas que desafiam o tempo do laser.

Em um papel Disponível no servidor de pré-revisão por pares arXiv, o trio de físicos propõe usar a periodicidade única de um cristal de tempo como base para um novo tipo de circuito “trônico do tempo”. Usada para guiar as ondas delicadas de um grande número de qubits carregados de informações, essa periodicidade poderia ajudar a reduzir as colisões acidentais responsáveis ​​por muitos erros.

Tal circuito temporal de qubits em constante deriva tornaria mais fácil direcionar praticamente qualquer uma das partículas do computador para o caminho de outra, emaranhando suas possibilidades quânticas de maneiras úteis, em vez de impor erros.

Embora a proposta permaneça puramente teórica, a equipe mostrou como a física de grupos de íons de potássio resfriados a temperaturas quase absolutas e direcionados por um pulso de laser poderia fornecer uma “orquestra” para os qubits dançarem.

Traduzir a ideia em um computador quântico prático e em grande escala exigiria anos de inovação e experimentação, se é que funcionaria.

No entanto, agora que sabemos que existem pelo menos alguns tipos de cristal do tempo e que podem ser usados ​​para fins práticos, o desafio de carregar uma nuvem pode não ser, afinal, uma busca de conto de fadas.

Este estudo está disponível no servidor de pré-revisão por pares arXiv.