Novo recorde em computação quântica: Caltech constrói matriz com 6.100 qubits

Um novo marco importante em computação quântica acaba de ser alcançado - e com folga: físicos construíram uma matriz com 6.100 qubits, a maior já demonstrada dentro dessa abordagem e bem acima dos cerca de mil qubits que sistemas anteriores costumavam reunir.

O avanço veio de uma equipa do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que escolheu átomos de césio como qubits e os manteve presos em posições definidas com um conjunto sofisticado de lasers. Nesse arranjo, os feixes funcionam como “pinças” ópticas, concebidas para deixar os átomos o mais estáveis possível.

Recorde de 6.100 qubits com átomos de césio

Em computadores tradicionais, a informação é representada por bits clássicos, limitados a 1 ou 0. Já os qubits diferem por explorarem a chamada superposição: em vez de apenas dois estados definidos, eles podem existir como uma distribuição de probabilidades, o que abre espaço para algoritmos capazes de enfrentar problemas considerados fora do alcance de métodos convencionais.

No entanto, para que algoritmos quânticos se tornem realmente práticos, será necessária uma quantidade grande de qubits. Uma das razões por trás de matrizes tão extensas é a correção de erros, que ajuda a contornar a fragilidade inerente do qubit ao disponibilizar redundância suficiente para verificar e revalidar o funcionamento da máquina.

"Este é um momento empolgante para a computação quântica com átomos neutros", afirma o físico Manuel Endres. "Agora conseguimos enxergar um caminho para computadores quânticos grandes com correção de erros. Os blocos de construção estão no lugar."

Engenharia por trás do salto: lasers e câmara de vácuo

Segundo os investigadores, não houve um único avanço isolado responsável por esse salto no número de qubits. Em vez disso, o resultado foi possível graças a uma sequência de melhorias de engenharia em vários pontos essenciais - desde as pinças a laser até a câmara de vácuo de ultra-alto (pressão muito baixa).

A estabilidade é outro obstáculo recorrente em sistemas de computação quântica. Nesta nova matriz, as inovações implementadas permitiram manter os qubits em superposição por quase 13 segundos - quase dez vezes mais do que configurações anteriores conseguiam.

Além disso, foi possível manipular qubits individuais com precisão de 99.98 por cento, estabelecendo uma referência relevante para a programabilidade dessa tecnologia.

"Muitas vezes se acredita que, em grande escala, com mais átomos, a precisão diminui - mas nossos resultados mostram que dá para ter os dois", diz o físico Gyohei Nomura.

"Qubits não são úteis sem qualidade. Agora temos quantidade e qualidade."

Estabilidade, emaranhamento e o que ainda falta

Para que computadores quânticos se tornem uma alternativa prática aos supercomputadores modernos, serão necessários ainda mais qubits e níveis de estabilidade superiores. E como diferentes equipas atacam o problema por caminhos variados, recordes em determinados tipos de computador quântico não se traduzem necessariamente para outras abordagens.

O próximo desafio para os investigadores é avançar no uso do emaranhamento, que permitirá ao sistema dar o passo de simplesmente armazenar informação para efetivamente processá-la. Em um futuro não tão distante, essas máquinas poderão ser usadas para descobrir novos materiais, novas formas de matéria e leis fundamentais da física.

"É empolgante que estejamos criando máquinas para nos ajudar a aprender sobre o Universo de maneiras que só a mecânica quântica pode ensinar", diz a física Hannah Manetsch.

A pesquisa foi publicada na Nature.