Qubit lógico, sem erros, é criado com um único átomo

Qubits físicos e qubits lógicos

Uma nova porta lógica quântica, o elemento computacional fundamental na computação quântica, pode mudar a forma como os engenheiros estão trabalhando para ampliar o poder computacional dos computadores quânticos.

Os qubits são extremamente sensíveis a perturbações e ruídos, o que gera erros e força múltiplas execuções do mesmo cálculo. A saída para isso é o uso dos chamados qubits lógicos, uma unidade de informação codificada formada a partir de vários qubits físicos, dependendo do código de correção de erros. Amostrar vários qubits físicos permite que o qubit lógico elimine a maior parte das interferências, diminuindo a quantidade de erros.

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Qubits GKP

O feito foi possível construindo uma porta lógica entrelaçando as vibrações quânticas dentro de um único átomo e usando um código corretor de erros chamado GKP (Gottesman-Kitaev-Preskill), mas mais conhecido como “pedra de roseta” da computação quântica.

Esse apelido se deve ao fato de que a arquitetura traduz oscilações quânticas suaves e contínuas em estados discretos limpos e quase digitais, facilitando a detecção e a correção de erros e, principalmente, permitindo uma maneira altamente compacta de codificar qubits lógicos.

O código GKP já é conhecido há anos, mas vinha permanecendo até agora apenas como uma possibilidade teórica para reduzir o número de qubits físicos necessários para produzir um qubit lógico funcional – como a técnica troca eficiência por complexidade, ela torna os códigos muito difíceis de controlar.

A solução veio justamente tirando proveito das oscilações naturais de um íon aprisionado (um átomo carregado de itérbio) para armazenar os códigos GKP e, pela primeira vez, criar portas de entrelaçamento quântico entre essas oscilações.

“Nossos experimentos mostraram a primeira concretização de um conjunto universal de portas lógicas para qubits GKP,” disse o professor Tingrei Tan. “Conseguimos isso controlando com precisão as vibrações naturais, ou oscilações harmônicas, de um íon aprisionado, de tal forma que podemos manipular qubits GKP individuais ou entrelaçá-los em pares. Ao demonstrar portas quânticas universais usando esses qubits, temos uma base para trabalhar em direção ao processamento de informações quânticas em larga escala de uma forma altamente eficiente em termos de hardware.”