Novo estudo: ampliando sistemas modulares de computação quântica para maior escalabilidade

São PauloEstudos recentes em computação quântica descobriram uma maneira prática de criar grandes processadores quânticos. Computadores quânticos utilizam unidades chamadas qubits para armazenar e processar informações. Diferente dos bits tradicionais, os qubits podem estar em vários estados ao mesmo tempo, o que acelera os cálculos. No entanto, um grande desafio na computação quântica é a gestão de milhões de qubits simultaneamente, o que requer eletrônicos extremamente complexos.

Um novo estudo da professora Vanita Srinivasa, da Universidade de Rhode Island, apresenta um sistema para ampliar processadores quânticos. A ideia principal é utilizar conexões flexíveis para interligar qubits a longas distâncias. Esse método possibilita operações quânticas correlacionadas, essenciais para que a computação quântica seja mais poderosa do que a computação tradicional.

Principais Pontos:

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• Os computadores quânticos precisam controlar cada qubit individualmente em frequências distintas.
• Conectar múltiplos qubits geralmente exige que suas frequências coincidam, o que se torna inviável à medida que o sistema cresce.
• O estudo apresenta um método para gerar frequências adicionais para cada qubit aplicando voltagens oscilantes.

No novo sistema proposto, qubits de spin em semicondutores são controlados pelas propriedades do spin do elétron e ajudam a reduzir a perda de informação. Em vez de adicionar mais qubits a uma única matriz, os pesquisadores sugerem uma abordagem modular. Cada módulo é uma pequena matriz de qubits que pode ser conectada por meio de ligações de entrelaçamento de longo alcance.

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Este método modular possui várias vantagens:

• Escalabilidade: Permite que processadores quânticos sejam ampliados utilizando unidades modulares conectadas por ligações robustas.
• Flexibilidade: Diferentes condições de ressonância facilitam a adição de novos qubits sem a necessidade de frequências coincidentes.
• Robustez: Menor sensibilidade a vazamentos de fótons garante conexões estáveis e de longa distância entre os qubits.

O estudo examinou qubits de spin baseados em pontos quânticos que interagem por meio de micro-ondas em cavidades supercondutoras. Os pontos quânticos aprisionam elétrons em pequenas áreas dentro de semicondutores, controlados por voltagens. As cavidades supercondutoras abrigam fótons maiores, essenciais para conectar qubits. Experiências anteriores encontraram dificuldades em ajustar as frequências de qubits e fótons para alcançar a ressonância, mesmo com apenas dois qubits.

Os pesquisadores resolveram o problema utilizando tensões oscilantes para mover rapidamente os spins para frente e para trás. Isso adicionou frequências extras para cada qubit, facilitando a correspondência de frequências. Agora, existem nove maneiras diferentes de conectar dois qubits, aumentando a variedade de operações de emaranhamento que podem ser realizadas.

A abordagem demonstra potencial para criar processadores quânticos modulares utilizando qubits semicondutores. O próximo passo é aplicar essas ideias em dispositivos quânticos reais, visando resolver problemas atuais e tornar viáveis processadores quânticos práticos.