Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, apresentou o primeiro protótipo de um processador quântico de estado sólido, dando mais um passo na longa trilha para a construção de um computador quântico prático.

[Imagem: Schoelkopf Lab, Yale University]

O processador quântico, fabricado com materiais supercondutores, tem apenas dois qubits (qubit é um bit quântico). Mesmo sendo bastante rudimentar, sua estrutura sólida é um dos elementos mais promissores da pesquisa. Outros experimentos com computadores quânticos utilizam átomos artificiais ou condensados de Bose-Einstein, que são muito difíceis de manter e perdem a coerência espontaneamente, levando junto os dados do "computador."

Um bom começo: 2 qubits

A equipe dos cientistas Robert Schoelkopf e Steven Girvin já detinha os progressos mais recentes no campo da computação quântica. Há cerca de dois anos, eles demonstraram pela primeira vez a possibilidade de comunicação entre dois qubits à distância - veja Cientistas anunciam dois avanços significativos rumo ao computador quântico.

Agora os pesquisadores montaram seus dois qubits em uma estrutura compacta e demonstraram que ele é capaz de rodar algoritmos simples, como uma busca por um número em uma sequência de números.

"Nosso processador consegue desempenhar apenas uns poucos cálculos quânticos, que já foram demonstrados antes com núcleos individuais, com átomos e com fótons," explica Schoelkopf. "Mas esta é a primeira vez que esses cálculos quânticos foram feitos em um dispositivo totalmente eletrônico que já se parece muito com um microprocessador tradicional."

1 bilhão de átomos de alumínio

Cada um dos dois qubits do processador quântico é na verdade formado por cerca de 1 bilhão de átomos de alumínio, o que demonstra o potencial de avanço da computação quântica - teoricamente, cada um desses átomos poderá vir a se transformar em um qubit individual. Mas, no interior do processador quântico, esse aglomerado de átomos de alumínio se comporta como se fosse um só, formando o que os cientistas chamam de um superátomo.

O qubit pode assumir dois estados energéticos, que representam o ligado e o desligado dos transistores - ou os 0s e 1s - dos computadores eletrônicos tradicionais. Mas as semelhanças vão parando por aí.

Manutenção da coerência quântica

Devido às quase bizarras leis da mecânica quântica, cada qubit pode de fato ficar em múltiplos estados simultaneamente - ele pode ser 0, pode ser 1, pode ser 0 e 1, e assim por diante, só que tudo ao mesmo tempo. É isso que dá um poder fenomenal de cálculo e de armazenamento de informações aos computadores quânticos.

O problema é que é difícil fazer com que os qubits guardem seus dados por muito tempo. Nos primeiros experimentos de computação quântica, os qubits conseguiam guardar a informação por cerca de um nanossegundo - 1 bilionésimo de segundo.

Os qubits do processador quântico que os pesquisadores agora apresentaram conseguem manter os dados por 1 microssegundo, o que já é 1.000 vezes melhor do que no início das pesquisas, e suficiente para fazer cálculos simples.

Para fazer os cálculos, os qubits trocam dados usando diretamente a luz. O barramento quântico do chip usa fótons de micro-ondas que viajam na superfície de um fio que conecta os dois qubits.

Em vez da perda de coerência espontânea dos átomos artificiais, os pesquisadores agora conseguem que o seu superátomo mude de estado - assumindo 0 ou 1 - de forma imediata, atendendo a um comando externo. Isso só pôde ser alcançado com o uso de supercondutores, nos quais as correntes elétricas podem fluir indefinidamente sem qualquer resistência e, portanto, sem perder qualquer energia. Isso é essencial para que o qubit não perca seus dados de forma descontrolada.

Um passo de cada vez

O próximo passo da pesquisa, segundo os cientistas, será aumentar o tempo que os qubits conseguem manter seus estados quânticos - o que equivale a dizer manter seus dados - para que o processador quântico possa rodar algoritmos mais complexos. A seguir, eles tentarão interconectar mais qubits dentro do processador.

"Nós continuamos muito longe de construir um computador quântico prático, mas este foi um passo adiante importante," afirmou Schoelkopf.