Uma invenção da Twente melhora a qualidade das partículas de luz (fótons) a tal ponto que construir computadores quânticos baseados em luz se torna mais barato e prático. Os pesquisadores publicaram sua pesquisa no periódico Physical Review Applied .
Os computadores quânticos estão em um ponto crítico: gigantes da tecnologia e governos estão investindo bilhões, mas há dois obstáculos fundamentais: a quantidade de qubits e a qualidade desses qubits. Pesquisadores da UT inventaram um componente para um computador quântico fotônico que troca quantidade por qualidade, e mostraram que essa troca produz mais poder de computação.
“Nossa descoberta traz um futuro com computadores quânticos poderosos muito mais perto. Isso significa medicamentos aprimorados, novos materiais e comunicações mais seguras. Mas também aplicações que ainda não podemos imaginar hoje”, diz o pesquisador-chefe Jelmer Renema. “Essa tecnologia é uma parte essencial de qualquer futuro computador quântico fotônico.”
Fótons perfeitos para computadores quânticos sem erros
Os pesquisadores de Twente desenvolveram um método para corrigir esses erros em um estágio inicial e melhorar a qualidade dos fótons . “Para um computador quântico fotônico, você precisa de fótons de altíssima qualidade. Nossa técnica garante que apenas os melhores fótons permaneçam, o que é crucial para cálculos confiáveis”, diz Renema.
Como os computadores quânticos são extremamente sensíveis a erros, métodos anteriores exigiam centenas de fótons físicos para fazer um único qubit confiável. O método dos pesquisadores do Twente pode substituir parte da correção de erros necessária, exigindo muito menos fótons. Isso, em última análise, torna os computadores quânticos mais baratos e acessíveis.
Filtrar sem saber o problema
Enquanto métodos anteriores focavam na correção de erros posteriormente, os pesquisadores da UT abordaram o problema na fonte. Eles projetaram um novo componente que pode destilar convenientemente um único fóton de alta qualidade de uma mistura de fótons imperfeitos. Para fazer isso, eles criaram um circuito óptico que consiste em guias de luz programáveis e detectores.
Ao explorar as propriedades quânticas da luz, eles criaram um estado semelhante ao do gato de Schrödinger, no qual os fótons têm mais probabilidade de assumir propriedades “boas” do que “ruins”. Como no famoso experimento mental de Schrödinger, a medição determina, em última análise, se um fóton reteve as propriedades desejadas.
Em vez de aceitar fótons imperfeitos e corrigi-los mais tarde, o novo método filtra diretamente fótons perfeitos. Embora filtrar cada fóton perfeito exija sacrificar vários fótons imperfeitos, isso reduz o número total de fótons necessários. Isso economiza uma quantidade enorme de poder de computação e torna os computadores quânticos mais baratos e eficientes.
Ao usar um circuito óptico com interruptores programáveis, os pesquisadores podem filtrar fótons ruins sem precisar saber exatamente o que causa o erro. “Normalmente, você tem que decidir com antecedência o que está filtrando, como um filtro de cor que só deixa passar luz vermelha. Agora podemos filtrar sem saber com antecedência qual é o problema”, diz o aluno de doutorado Frank Somhorst.
Em cada futuro computador quântico
Se os computadores quânticos fotônicos forem implantados em larga escala, os pesquisadores dizem que esta invenção do Twente será uma parte fundamental disso. Assim como com os computadores clássicos, o mesmo se aplica aos computadores quânticos: entrada ruim leva a saída ruim. Ao lidar com o ruído consideravelmente na parte frontal do sistema, há menos necessidade de correção depois. “Qualquer computador quântico fotônico prático precisará desta técnica para executar cálculos sem erros”, diz Renema.
“A Twente tem uma posição forte em fotônica e tecnologia quântica. Vários pesquisadores da UT têm pesquisado direcionamento de fótons com interferência por anos, e isso nos dá uma vantagem única. Por causa dessa liderança, agora podemos nos concentrar na computação quântica universal em larga escala e, na minha opinião, é exatamente por isso que isso teve que ser descoberto na UT”, conclui Renema.
Somhorst publicou esta pesquisa junto com Kite Sauër, Stefan van den Hoven e Dr. Jelmer Renema.
FHB Somhorst et al, Esquemas de destilação de fótons com custos de recursos reduzidos com base na interferência de Fourier multifóton,
Physical Review Applied (2025).
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.23.044003 . No
arXiv :
DOI: 10.48550/arxiv.2404.14262
https://phys.org/partners/university-of-twente
Traduzido de : https://phys.org/news/2025-04-error-method-photon-requirements-quantum.html
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