Qubit de luz incorpora correção de erros

Pesquisadores alcançaram um avanço significativo em um dos principais desafios para viabilizar a computação quântica, Qubit de luz – utilizando a plataforma de maior potencial de velocidade em qualquer tipo de computador.

O desafio crucial para a computação quântica reside no controle de erros, uma vez que as propriedades quânticas que possibilitam o funcionamento desses computadores são altamente sensíveis. Como resultado, os qubits perdem dados com facilidade, levando a uma frequência significativa de erros que impactam a almejada supremacia quântica.

Shunya Konno e sua equipe, provenientes das universidades de Mainz (Alemanha), Olomuc (República Tcheca) e Tóquio (Japão), alcançaram um avanço ao criar um qubit equipado com um sistema de autocorreção automática.

E, de maneira ainda mais fascinante, essa realização foi alcançada utilizando fótons como qubits, sendo que as partículas de luz superam em velocidade qualquer outra entidade, tanto no âmbito da computação quanto fora dele. Se os computadores quânticos são considerados “futuristas”, os computadores quânticos fotônicos poderiam ser classificados como “ultrafuturistas”, quase visionários, embora o desenvolvimento deles esteja em andamento.

Ao invés de empregar um único fóton como qubit, a equipe optou por utilizar um pulso de laser composto por vários fótons. O professor Peter van Loock, da Universidade de Mainz, explicou: “Nosso pulso de laser foi transformado em um estado óptico quântico, conferindo-nos uma capacidade intrínseca de corrigir erros.”

Qubit de luz à prova de erros

Enquanto as principais empresas na corrida pela computação quântica geralmente utilizam qubits supercondutores, que são sistemas de estado sólido, estes apresentam a desvantagem de operar apenas em temperaturas próximas do zero absoluto, tornando-os dispendiosos e desafiadores para expandir.

Em contraste, os computadores quânticos fotônicos operam em temperatura ambiente. Os qubits são geralmente fótons únicos, operando na velocidade máxima do universo, mas com a desvantagem de perderem dados com mais facilidade em comparação com os qubits de estado sólido. Atualmente, para evitar perdas de qubits e outros erros, é necessário acoplar vários pulsos de luz de fótons únicos para construir um qubit lógico, seguindo a mesma abordagem dos qubits supercondutores.

A equipe conseguiu abordar o problema inerente à abordagem dos qubits lógicos, em que a perda de entrelaçamento quântico de apenas um dos fótons resulta na perda dos dados do qubit.

Correção de Erro Universal

Ao gravar informações em um fóton, cria-se um “estado de gato de Schrödinger” fotônico, permitindo a distinção de superposições quânticas em escala macroscópica, essencialmente representando lógicos 0 ou 1.

A equipe descobriu a viabilidade de estender esse sistema para três estados, como gato branco, cinza ou preto, aproximando-se de um estado quântico lógico onde os erros podem ser corrigidos universalmente. O terceiro fóton atua como um bit de paridade, proporcionando redundância.

Embora o qubit lógico produzido experimentalmente ainda não alcance a qualidade necessária para tolerância a erros, os pesquisadores demonstraram a transformação de qubits não corrigíveis em corrigíveis usando métodos ópticos quânticos disponíveis, sugerindo seu potencial para erradicar erros imediatamente.

De acordo com Science.

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