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Conceito artístico do entrelaçamento quântico de dois átomos
Um grupo de cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiu armazenar 18 qubits – a unidade básica da computação quântica – em apenas seis fotões entrelaçados.
O feito inédito de três qubits emaranhados por fotão é também o maior recorde já alcançado de número de qubits ligados entre si através do entrelaçamento ou emaranhamento quântico.
Todos os cálculos que acontecem nos computadores convencionais dependem de bits, que alternam entre dois estados, geralmente chamados de “1” e “0”.
Já os computadores quânticos, por sua vez, usam qubits, que oscilam de forma semelhante entre dois estados, mas que se comportam de acordo com as estranhas regras da física quântica: ao contrário dos bits convencionais, os qubits podem ter estados indeterminados – nem “1” nem “0”, mas uma possibilidade de ambos – tornando-se assim estranhamente conectados ou entrelaçados.
Em teoria, estas ligações permitem que vários tipos de cálculos que não são possíveis nos computadores convencionais possam ser realizados.
Existem vários estudos quânticos que envolvem mais de 18 qubits mas, nesses estudos, os qubits não estão todos emaranhados. Em vez disso, os sistemas entrelaçam apenas alguns qubits vizinhos para cada cálculo.
A grande vantagem deste novo estudo, publicado a 28 de junho na Physical Review Letters, é que a equipa de investigadores conseguiu colocar muito qubits em poucos fotões.
Segundo Sydney Schreppler, física quântica na Universidade da Califórnia em Berkeley, nos EUA, que não esteve envolvida na pesquisa, entrelaçar 18 partículas com um qubit cada seria um processo muito lento.
Leva “muitos segundos” para entrelaçar apenas as seis partículas usadas no pesquisa, o que já é “eternidade” em tempo computacional, no qual um novo processo de entrelaçamento deve começar para cada cálculo, explicou Schreppler ao Live Science.
“Cada partícula adicional a entrar no emaranhamento leva mais tempo para entrar na ‘festa’ do que a última, de tal forma que seria completamente irracional construir um entrelaçamento de 18 qubits, um qubit de cada vez”, sustentou.
De forma a colocar os três qubtis em cada um dos seis fotões entrelaçados, os cientistas chineses aproveitaram os “múltiplos graus de liberdade” das partículas. Quando um qubit é codificado numa partícula, é codificado num dos estados que a partícula pode estar, como a sua polarização ou o seu spin quântico. Cada um desses “estados” representa um “grau de liberdade”.
Um experiência quântica típica envolve apenas um grau de liberdade em todas as partículas envolvidas. Mas partículas como os fotões possuem muitos graus de liberdade. Ao codificar através de mais destes graus ao mesmo tempo, um sistema quântico pode armazenar muito mais informações em menos partículas.
“É como se pegássemos em seis bits do nosso computador, mas cada bit triplicasse em quanta informação pudesse conter”, disse Schreppler, “e pudesse fazer isso de maneira muito rápida e eficiente”.
A pesquisa deste estudo foi importante, mas não significa que, a partir de agora, todas as pesquisas de computação quântica passem a envolver muitos mais graus de liberdade de uma só vez. Os fotões são particularmente úteis para determinados tipos de operações quânticas, mas outras formas de qubits, como as que são usadas em circuitos super condutores, podem não funcionar tão facilmente com este tipo de operação.
A questão que ainda permanece em aberto é se os qubits todos entrelaçados interagem igualmente ou se existem diferenças entre as interações de qubits na mesma partícula ou as interações de qubits através dos diferentes graus de liberdade.
De acordo com a equipa chinesa que liderou a pesquisa, no futuro, este tipo de configuração experimental poderá permitir certos cálculos quânticos que até agora só foram discutidos teoricamente.
