Um único elétron (onda azul) acima de um bloco de neon sólido (em vermelho). (Laboratório Nacional Dafei Jin/Argonne) Nós já temoscomputadores quânticos de um tipo, mas no momento eles não são práticos ou confiáveis ou em grande escala o suficiente para realizar plenamente o enorme potencial da tecnologia.
Para se aproximar desse objetivo final, os cientistas estão trabalhando para o que eles dizem ser o bloco de construção ideal para um tanto quanto um computador .
Esses blocos de construção são chamados de qubits. Ao contrário dos bits de computador clássicos, que armazenam 1 ou 0 a qualquer momento, esses qubits podem existir em um estado 0 e 1 simultâneo, bem como o famoso experimento mental de Schrödinger em que um gato pode estar vivo e morto.
Essa capacidade quântica promete um salto exponencial no poder de computação.
Existem várias maneiras de construir um qubit, e a visão delineada na nova pesquisa é potencialmente a mais próxima de um qubit ideal, mas ainda há alguns caminhos a percorrer antes de se tornar realidade.
É composto por um único elétron preso em cima do gás neon congelado. O elétron pode então ser manipulado usando um circuito quântico supercondutor.
'Graças à relativa simplicidade da plataforma elétron-on-neon, ela deve ser fácil de fabricar a baixo custo' diz o físico quântico Dafei Jin do Laboratório Nacional de Argonne em Illinois.
'Parece que um qubit ideal pode estar no horizonte.'
O novo qubit atende a três critérios principais estabelecidos pelos cientistas. Primeiro, a necessidade de permanecer estável por um longo período de tempo, conhecido como coerência quântica. Dentro Computação quântica , um longo tempo é em torno de um segundo.
Neste caso, a superfície de neon sólido ultrapura é muito resistente a interferências. Ao prender o elétron no vácuo, o elétron é capaz de permanecer estável por tempo suficiente para que o qubit seja manipulado para qualquer que seja a tarefa em questão.
Os qubits também precisam poder ser alterados de um estado para outro muito rapidamente (em cerca de um bilionésimo de segundo, ou um nanossegundo). Finalmente, eles precisam ser capazes de emaranhamento – o que significa que eles precisam ser facilmente vinculados a outros qubits.
São essas operações paralelas de vários qubits que desbloquearão o poder e o potencial da computação quântica completa.
Outra parte importante do novo qubit é o ressonador de microondas baseado em supercondutor sob o qubit – é crucial para ler o estado do qubit e medir o quão bem ele está funcionando.
'Com esta plataforma, alcançamos, pela primeira vez, um forte acoplamento entre um único elétron em um ambiente próximo ao vácuo e um único fóton de micro-ondas no ressonador', diz Xianjing Zhou do Laboratório Nacional de Argonne.
'Isso abre a possibilidade de usar fótons de microondas para controlar cada qubit de elétron e ligar muitos deles em um processador quântico.'
Mas esse é o problema – esses requisitos de temperatura extrema significam que o teste foi feito em um instrumento científico chamado refrigerador de diluição, capaz de reduzir as temperaturas até meros 10 miligraus acima do zero absoluto (isso é -273,15 graus Celsius, ou -459,67 graus Fahrenheit).
Com isso em mente, claramente ainda não estamos no estágio de poder empacotar qubits como esses dentro de laptops ainda. Mas mesmo neste estágio inicial, em termos de coerência, o qubit já está funcionando no mesmo nível das alternativas que estão em desenvolvimento há décadas.
Empresas como Google, Microsoft e IBM estão avançando com seus próprios projetos de qubit, mas os pesquisadores por trás da nova tecnologia acham que a solução que eles criaram pode ser a mais promissora até agora.
'Nosso objetivo ambicioso não é competir com essas empresas, mas descobrir e construir um sistema qubit fundamentalmente novo que possa levar a uma plataforma ideal' diz Jin .
A pesquisa foi publicada em Natureza .