Qubits de carga aumentam mil vezes – Physics World

Pesquisadores nos EUA melhoraram o tempo de coerência dos bits quânticos de carga (qubits) por um fator de 1000, graças aos avanços nos materiais usados ​​para construí-los. Liderado por Dafei Jin do Centro Argonne para Materiais em Nanoescala e david schuster da Universidade de Stanford e da Universidade de Chicago, a equipe multiinstitucional também mostrou que era possível ler o estado desses qubits com uma fidelidade de 98.1% – um valor que Jin diz que aumentará ainda mais com a ajuda de tecnologias de leitura mais sofisticadas.

O tempo de coerência é de vital importância na computação quântica, pois denota quanto tempo um qubit pode permanecer em uma superposição de múltiplos estados antes que o ruído ambiental faça com que ele se desintegre ou perca sua natureza quântica. Durante este período, um computador quântico pode realizar cálculos complexos que os computadores clássicos não conseguem.

Muitos sistemas quânticos podem atuar como qubits. Os qubits de spin, por exemplo, codificam informações quânticas no spin de um elétron ou núcleo, que pode ser para cima, para baixo ou uma superposição dos dois. Os qubits de carga, por sua vez, representam informações quânticas através da presença ou ausência de excesso de carga em um elétron contido no sistema qubit. Eles são relativamente novos – membros da equipe criou o primeiro em 2022 – e Jin diz que eles têm várias vantagens sobre os qubits de spin.

“Os qubits de carga normalmente permitem uma velocidade de operação muito mais rápida porque as cargas se acoplam fortemente aos campos elétricos”, explica ele. “Isso é vantajoso em relação aos qubits de spin porque os spins se acoplam fracamente aos campos magnéticos. Dispositivos de carga qubit são geralmente muito mais fáceis de fabricar e operar, porque a maioria das infraestruturas de fabricação e operação existentes são baseadas em cargas e campos elétricos, em vez de spins e campos magnéticos. Muitas vezes eles podem ser tornados mais compactos.”

Ultraclean é ultrassilencioso

Jin explica que os pesquisadores criaram seus qubits de carga prendendo um elétron dentro de um ponto quântico, que é uma coleção de átomos em nanoescala que se comporta como uma única partícula quântica. O ponto quântico repousa sobre uma superfície feita de néon sólido e é colocado no vácuo.

Segundo Jin, esse ambiente ultralimpo é fundamental para o sucesso do experimento. O néon, por ser um gás nobre, não formará ligações químicas com outros elementos. Na verdade, como a equipe aponta em um Física da Natureza artigo sobre a pesquisa, o néon em um ambiente de baixa temperatura e quase vácuo se condensará em um sólido semiquântico ultrapuro, desprovido de qualquer coisa que possa introduzir ruído no qubit. Essa falta de ruído permitiu à equipe aumentar o tempo de coerência do qubit de carga dos 100 nanossegundos típicos dos esforços anteriores para 100 microssegundos.

Além disso, os pesquisadores leram o estado desses qubits com 98.1% de fidelidade sem usar um amplificador quântico limitado, que Jin descreve como “um dispositivo especial colocado em temperatura muito baixa (no nosso caso, 10 milikelvin) que pode amplificar sinais eletromagnéticos fracos, mas produzir ruído térmico quase nulo”. Como esses dispositivos melhoram a capacidade de leitura, obter 98.1% de fidelidade sem eles é, diz Jin, especialmente impressionante. “Em nossos experimentos futuros, depois de usá-los, nossa fidelidade de leitura só poderá aumentar muito”, acrescenta.

O próximo marco

Embora um aumento de mil vezes no tempo de coerência já seja uma grande melhoria em relação aos sistemas qubit de carga anteriores, os pesquisadores esperam ainda mais no futuro. De acordo com Jin, os cálculos teóricos da equipe sugerem que o sistema de carga qubit poderia atingir um tempo de coerência de 1 a 10 milissegundos, representando outro fator de melhoria de 10 a 100 em relação aos valores atuais. Para perceber isso, porém, os cientistas precisarão obter melhor controle sobre todos os aspectos do experimento, desde o projeto e fabricação do dispositivo até o controle do qubit.

Além disso, Jin e seus colegas continuam procurando maneiras de melhorar ainda mais o sistema.

“O maior marco a seguir é mostrar que dois qubits de carga podem ser emaranhados”, diz Jin. “Estamos trabalhando nisso e tivemos muito progresso. Assim que conseguirmos isso, nossa plataforma qubit estará pronta para a computação quântica universal, embora algum desempenho detalhado possa continuar sendo melhorado.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/