Computação quântica
5 de janeiro de 2023
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Uma nova pesquisa liderada por uma equipe de cientistas da Universidade Nacional Australiana (ANU) delineou uma maneira de obter medições mais precisas de objetos microscópicos usando computadores quânticos — um passo que pode se provar útil em uma ampla gama de tecnologias de próxima geração, incluindo sensores biomédicos.
Analisar as diversas propriedades individuais de um objeto grande do dia a dia, como um carro, é relativamente simples: um carro tem posição, cor e velocidade bem definidas. No entanto, isso se torna muito mais complexo quando se tenta examinar objetos quânticos microscópicos, como os fótons — minúsculas partículas de luz.
Isso ocorre porque certas propriedades dos objetos quânticos estão interligadas, e medir uma propriedade pode afetar outra. Por exemplo, medir a posição de um elétron afetará sua velocidade e vice-versa.
Essas propriedades são chamadas de propriedades conjugadas. Isso é uma manifestação direta do famoso princípio da incerteza de Heisenberg: não é possível medir simultaneamente duas propriedades conjugadas de um objeto quântico com precisão arbitrária.
De acordo com o autor principal e pesquisador de doutorado da ANU, Lorcán Conlon, este é um dos desafios definidores da mecânica quântica.
“Conseguimos desenvolver um método de medição para determinar as propriedades conjugadas de objetos quânticos com maior precisão. Notavelmente, nossos colaboradores conseguiram implementar essa medição em diversos laboratórios ao redor do mundo”, disse Conlon.
"Mais medições precisas são cruciais e, por sua vez, podem abrir novas possibilidades para todos os tipos de tecnologias, incluindo sensores biomédicos, telemetria a laser e comunicações quânticas.”
A nova técnica gira em torno de uma peculiaridade estranha dos sistemas quânticos, conhecida como emaranhamento. De acordo com os pesquisadores, ao emaranhar dois corpos idênticos, é possível criar um efeito de emaranhamento. objetos quânticos Ao medi-los em conjunto, os cientistas podem determinar suas propriedades com mais precisão do que se fossem medidos individualmente.
“Ao entrelaçarmos dois sistemas quânticos idênticos, podemos obter mais informações”, disse o coautor Dr. Syed Assad. “Existe um ruído inevitável associado à medição de qualquer propriedade de um sistema quântico. Ao entrelaçarmos os dois, conseguimos reduzir esse ruído e obter uma medição mais precisa.”
Em teoria, é possível entrelaçar e medir três ou mais sistemas quânticos para obter uma precisão ainda maior, mas, neste caso, os experimentos não corroboraram a teoria. Mesmo assim, os autores estão confiantes de que os futuros computadores quânticos serão capazes de superar essas limitações.
“Os computadores quânticos com qubits com correção de erros serão capazes de realizar medições vantajosas com um número cada vez maior de cópias no futuro”, disse Conlon.
Segundo o professor Ping Koy Lam, cientista-chefe de física quântica da A*STAR no Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE), um dos principais pontos fortes deste trabalho é que o aprimoramento quântico ainda pode ser observado em cenários ruidosos.
“Para aplicações práticas, como em medições biomédicas, é importante que possamos observar uma vantagem mesmo quando o sinal está inevitavelmente inserido em um ambiente ruidoso do mundo real”, disse ele.
O estudo foi conduzido por especialistas do Centro de Excelência em Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T) da ARC, em colaboração com pesquisadores do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE) da A*STAR, da Universidade de Jena, da Universidade de Innsbruck e da Universidade Macquarie. A Amazon Web Services colaborou fornecendo suporte em pesquisa e arquitetura, e disponibilizando o dispositivo Rigetti Aspen-9 por meio do Amazon Bracket.
Os pesquisadores testaram sua teoria em 19 computadores quânticos diferentes, em três plataformas distintas: supercondutores, íons aprisionados e fotônicos. Esses dispositivos de ponta estão localizados na Europa e na América e são acessíveis pela nuvem, permitindo que pesquisadores do mundo todo se conectem e realizem pesquisas importantes.
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