Cientistas teletransportaram e mediram um portão quântico em tempo real

Há cerca de 20 anos, dois cientistas propuseram uma técnica para teletransportar uma operação quântica especial entre dois locais, com o objetivo de tornar os computadores quânticos mais confiáveis. Agora, uma equipa de investigadores da Universidade de Yale conseguiu transformar a ideia em realidade em tempo real.

Físicos da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, desenvolveram um método prático para teletransportar uma operação quântica – ou um portão – através de uma distância e medir o seu efeito. Embora esse feito já tenha sido concretizado anteriormente, nunca foi feito em tempo real. Este processo abre o caminho para o desenvolvimento de um fenómeno que pode tornar a computação quântica mais confiável.

Ao contrário dos computadores comuns, que realizam os seus cálculos com base nos bits (1 ou 0), os computadores quânticos operam com qubits – um estranho estado de realidade que explora a matemática útil e a unidade básica da computação quântica.

Nos computadores básicos, os bits interagem em operações denominadas portas lógicas, onde dois bits entram e um bit sai. Os portões têm diferentes formas e selecionam um vencedor dependendo da sua regra particular. Esses bits, canalizados através de portas, formam a base de praticamente qualquer cálculo.

Por sua vez, os qubits oferecem uma unidade alternativa: em vez de apenas 1 ou 0, fornecem também uma mistura especial dos dois estados. Em conjunto com uma versão quântica de uma porta lógica, os qubits podem fazer o que os bits clássicos não conseguem.

Há apenas um problema: o estado indeterminado de 1 ou 0 transforma-se em 1 ou 0 definitivo quando se torna parte de um sistema medido. Além disso, não é preciso muito para desmoronar um qubit, o que significa que um computador quântico pode tornar-se caro se estes componentes delicados não forem adequadamente escondidos.

Atualmente, os engenheiros de computação estão super animados com dispositivos que conseguem atingir pouco mais do que 70 qubits, embora os computadores quânticos só valham a pena se armazenarem centenas, senão milhares de qubits.

Para tornar essa escala viável, os cientistas precisam de truques adicionais. Uma alternativa seria tornar a tecnologia o mais modular possível, conectando sistemas quânticos menores a um maior, a fim de compensar os erros. No entanto, para que essa opção seja viável, as operações especiais que lidam com o levantamento pesado de qubits precisam também de ser compartilhadas.

O teletransporte, como o portão quântico, soa a ficção científica. Mas, na realidade, referimo-nos simplesmente ao facto de os objetos poderem ter a sua história entrelaçada, de modo a que quando um é medido, o outro colapsa imediatamente num estado relacionado, independentemente da distância a que esteja.

“Esta é a primeira vez que comprovamos este processo em tempo real”, afirma Kevin Chou, autor principal do estudo publicado recentemente na Nature.

Na experiência, os cientistas usaram qubits em chips de safira dentro de uma configuração de ponta para teletransportar um tipo de operação quântica chamada de controlled-NOT gate e o processo foi 79% confiável.

“É um marco para o processamento de informação quântica“, disse o investigador Robert Schoelkopf.