Físicos transformaram um computador quântico em um cristal do tempo: WebCuriosos

Pela primeira vez, os físicos transformaram um processador quântico num estado da matéria que parece desafiar a física, um avanço que pode ser um passo para tornar a computação quântica mais prática.

Os computadores quânticos prometem ampliar os tipos de algoritmos que podem ser executados de forma rápida e prática, acelerando potencialmente a pesquisa em muitos campos, desde física de partículas até farmacologia para meteorologia.

Foi feito um progresso monumental no desenvolvimento dos fundamentos da tecnologia, mas à medida que a tecnologia se expande, os erros tornam-se um grande obstáculo.

Ao fazer experimentalmente um quântico computador se comportar como uma forma robusta de cristal do tempo, uma equipe de físicos da China e dos EUA espera tornar a tecnologia menos propensa a erros à medida que aumenta.

Cristais de tempo são grupos de partículas que exibem padrões repetidos. Enquanto os padrões que compõem os cristais regulares, como o diamante e o quartzo, ecoam pelo espaço 3D, os cristais do tempo se movem periodicamente como um pêndulo, marcando o tempo.

O que os torna únicos é a sua capacidade de fazer isso na ausência ou em contraste com um “empurrão” de condução. Os cristais do tempo oscilam em seu estado de energia mais baixo de acordo com seu próprio ritmo, como uma criança dando chutes em seu balanço, desafiando os empurrões repetitivos de seus pais.

Proposto pelo renomado físico Frank Wilczek em 2012a ideia dos cristais do tempo inicialmente recebeu seu quinhão de céticos.

Desde então, vários sistemas com comportamentos semelhantes aos do cristal do tempo foram demonstrados experimentalmente, fornecendo aos engenheiros uma nova ferramenta comprovada para medir e moldar o mundo, e uma solução potencial para um problema de precisão na computação quântica.

Onde a computação típica é restrita à lógica construída usando números binários representados por 1s e 0s, os 'qubits' da computação quântica são mais adequados para tipos únicos de computação, permitindo que algoritmos complexos sejam resolvidos em uma única etapa.

Um qubit é um borrão de possibilidades, não muito diferente de uma mesa de cartas limpa antes que o dealer revele um naipe como vermelho ou preto. Assim como um contador de cartas pode usar as probabilidades a seu favor, a computação quântica usa o potencial embutido de um qubit para realizar cálculos. Combinar qubits enredando seus destinos cria um baralho maior, ajustando as probabilidades de maneiras cada vez mais úteis.

Infelizmente, os qubits podem se enredar em praticamente qualquer coisa em seu ambiente, embaralhando aleatoriamente novas cartas e tirando o programa do jogo. Expandir o conjunto de qubits para os milhares necessários aumenta drasticamente a probabilidade de aparecimento de ruídos indesejados.

Os cristais de tempo foram propostos anteriormente como meios de reduzir erros quânticos, embora ir além da teoria para uma aplicação prática tenha se mostrado um desafio.

Um tipo de cristal do tempo descrito como “topológico” tem uma vantagem sobre os outros. Embora oscilações isoladas possam exibir características de cristal de tempo dentro de uma zona específica de partículas que se repetem no espaço, um cristal de tempo topológico exibe a oscilação do pêndulo como uma característica geral de um sistema mais geral, tudo graças ao mesmo fenômeno de emaranhamento quântico.

Esta propagação generalizada da atividade oscilante é menos propensa a interferências locais, mantendo o movimento do pêndulo em movimento perfeito, mesmo quando áreas isoladas dentro do sistema são empurradas e desalinhadas.

Ao programar com sucesso uma forma altamente estável de computação quântica supercondutora para exibir comportamento topológico de cristal de tempo, a equipe descobriu que era viável criar um sistema quântico ainda menos sujeito a interferências.

Colocado à prova, o sistema conseguiu lidar com um nível razoável de ruído simulado no ambiente, permanecendo relativamente estável. O experimento também refletiu o potencial de uso de circuitos supercondutores semelhantes para explorar o reino do movimento fora do equilíbrio representado pelos cristais do tempo.

Como prova de conceito, o estranho tique-taque dos cristais do tempo pode ter um lugar importante no futuro da tecnologia.

Esta pesquisa foi publicada em Comunicações da Natureza.