Uma descoberta óptica com raízes no século XIX, atribuída a William Talbot (1800-1877), um dos pioneiros da fotografia, está revolucionando a viabilidade da computação quântica ao superar um dos principais desafios práticos.
A busca por um computador quântico funcional envolve o aumento significativo do número de qubits, passando de dezenas ou centenas para centenas de milhares e até milhões. Pesquisadores liderados por Malte Schlosser, da Universidade Técnica Darmstadt, Alemanha, exploraram o Efeito Talbot para otimizar a arquitetura baseada em qubits atômicos, permitindo expandir o número de qubits de algumas centenas para mais de 10.000 sem sobrecarregar os recursos do sistema, uma limitação das abordagens anteriores.
Essa nova estratégia emprega qubits atômicos, onde átomos individuais são controlados por uma matriz de raios laser, criando uma rede que se assemelha a uma caixa de ovos, onde cada posição contém um átomo funcionando como qubit. O desafio de expandir essa rede, que requer um aumento proporcional na saída de laser e uma complexa disposição de elementos ópticos, foi superado pelo aproveitamento do efeito difrativo de Talbot, uma solução inexplorada até agora no campo da computação quântica.
Este fenômeno provoca uma multiplicação da “malha de luz”.
(Foto: Cortesia Fort)
Explorando o Efeito Talbot na Ampliação de Redes Ópticas 3D para Computação Quântica
O Efeito Talbot é observado quando uma onda plana de luz coerente incide sobre uma grade de difração periódica, gerando imagens repetidas chamadas de autoimagens ou imagens Talbot em distâncias periódicas, conhecidas como distâncias de Talbot.
Pesquisadores utilizaram o Efeito Talbot direcionando um laser para um minúsculo elemento de vidro com lentes ópticas em formato de tabuleiro de xadrez, onde cada microlente focaliza uma porção do feixe de laser, criando um plano de pontos focais para alojar átomos como qubits.
O Efeito Talbot surge no topo da estrutura, multiplicando os pontos focais em intervalos uniformes, convertendo uma rede óptica 2D em uma rede 3D sem aumentar a potência do laser. Essa abordagem resolve limitações em relação ao espaçamento entre átomos encontradas em redes ópticas 3D convencionais, proporcionando um avanço promissor para a computação quântica.
Além disso, a precisão de fabricação das microlentes possibilitou a criação de autoimagens extremamente bem organizadas, o que as torna ideais para acomodar os qubits.
Os pesquisadores já demonstraram essa capacidade ao incorporar camadas adicionais com átomos individuais. No primeiro experimento, foram criadas 16 camadas superpostas usando a saída do laser, permitindo potencialmente a montagem de mais de 10.000 qubits. A equipe acredita que, com os lasers já disponíveis, essa capacidade poderia ser quadruplicada.
“O campo das microlentes também pode ser otimizado ainda mais, gerando mais pontos focais com lentes de menor tamanho”, explicou o professor Gerhard Birkl. “Isso significa que no futuro próximo será possível alcançar 100.000 qubits ou até mais.”
Ao mesmo tempo, o professor Schlosser destaca que essa tecnologia não se restringe apenas aos computadores quânticos: “Nossa plataforma também tem potencial para ser aplicada em relógios atômicos ópticos de alta precisão.”
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