A computação quântica deu um salto significativo com a nova plataforma de Harvard, capaz de reconfiguração dinâmica e demonstrando baixas taxas de erro em portas emaranhadas de dois qubits. Este avanço, destacado num artigo recente da Nature, sinaliza um grande avanço na superação do desafio da correção quântica de erros, posicionando a tecnologia de Harvard ao lado de outros métodos líderes de computação quântica. O trabalho, uma colaboração com o MIT e outros, marca um passo crucial em direção à computação quântica escalável e com correção de erros. Crédito: SciTechDaily.com
O método desenvolvido pela equipe de Harvard para reduzir erros aborda um obstáculo significativo na expansão da tecnologia.
A tecnologia de computação quântica, com o seu potencial de velocidade e eficiência sem precedentes, ultrapassa significativamente as capacidades até mesmo dos supercomputadores mais avançados atualmente disponíveis. No entanto, esta tecnologia inovadora não foi amplamente dimensionada ou comercializada, principalmente devido às suas limitações inerentes na correção de erros. Os computadores quânticos, ao contrário dos clássicos, não conseguem corrigir erros copiando dados codificados continuamente. Os cientistas tiveram que encontrar outra maneira.
Agora, um novo artigo em Natureza ilustra uma Harvard Computação quântica o potencial da plataforma para resolver o problema de longa data conhecido como correção quântica de erros.
Liderando a equipe de Harvard está o especialista em óptica quântica Mikhail Lukin, professor de física da Joshua and Beth Friedman University e codiretor da Harvard Quantum Initiative. O trabalho relatado na Nature foi uma colaboração entre Harvard, COMe QuEra Computing, com sede em Boston. Também esteve envolvido o grupo de Markus Greiner, professor de física George Vasmer Leverett.
A plataforma única de Harvard
Num esforço que abrange os últimos anos, a plataforma de Harvard é construída sobre um conjunto de átomos de rubídio muito frios e presos a laser. Cada átomo atua como um bit – ou “qubit”, como é chamado no mundo quântico – que pode realizar cálculos extremamente rápidos.
A principal inovação da equipe é configurar sua “matriz de átomos neutros” para ser capaz de alterar dinamicamente seu layout, movendo e conectando átomos – isso é chamado de “emaranhamento” no jargão da física – no meio da computação. As operações que entrelaçam pares de átomos, chamadas portas lógicas de dois qubits, são unidades de poder computacional.
A execução de um algoritmo complicado em um computador quântico requer muitas portas. No entanto, essas operações de portão são notoriamente propensas a erros e o acúmulo de erros torna o algoritmo inútil.
No novo artigo, a equipe relata um desempenho quase perfeito de suas portas emaranhadas de dois qubits com taxas de erro extremamente baixas. Pela primeira vez, eles demonstraram a capacidade de emaranhar átomos com taxas de erro inferiores a 0,5%. Em termos de qualidade de operação, isso coloca o desempenho de sua tecnologia no mesmo nível de outros tipos líderes de plataformas de computação quântica, como qubits supercondutores e qubits de íons aprisionados.
Vantagens e potencial futuro
No entanto, a abordagem de Harvard tem grandes vantagens sobre esses concorrentes devido ao grande tamanho do sistema, ao controle eficiente de qubit e à capacidade de reconfigurar dinamicamente o layout dos átomos.
“Estabelecemos que esta plataforma tem erros físicos baixos o suficiente para que você possa realmente imaginar dispositivos em grande escala com correção de erros baseados em átomos neutros”, disse o primeiro autor Simon Evered, aluno da Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências de Harvard Griffin em Lukin’s. grupo. “Nossas taxas de erro são baixas o suficiente agora que se agrupássemos os átomos em qubits lógicos – onde a informação é armazenada não localmente entre os átomos constituintes – esses qubits lógicos com correção de erros quânticos poderiam ter erros ainda mais baixos do que os átomos individuais.”
Os avanços da equipe de Harvard são relatados na mesma edição da Nature que outras inovações lideradas pelo ex-aluno de graduação de Harvard, Jeff Thompson, agora na Universidade de Princetone o ex-bolsista de pós-doutorado em Harvard, Manuel Endres, agora no California Institute of Technology. Tomados em conjunto, esses avanços estabelecem as bases para algoritmos quânticos com correção de erros e computação quântica em grande escala. Tudo isso significa que a computação quântica em matrizes de átomos neutros está mostrando toda a sua promessa.
“Essas contribuições abrem as portas para oportunidades muito especiais em computação quântica escalável e um momento verdadeiramente emocionante para todo este campo que está por vir”, disse Lukin.
Referência: “Portas emaranhadas paralelas de alta fidelidade em um computador quântico de átomo neutro” por Simon J. Evered, Dolev Bluvstein, Marcin Kalinowski, Sepehr Ebadi, Tom Manovitz, Hengyun Zhou, Sophie H. Li, Alexandra A. Geim, Tout T .; Wang, Nishad Maskara, Harry Levine, Giulia Semeghini, Markus Greiner, Vladan Vuletić e Mikhail D. Lukin, 11 de outubro de 2023, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06481-y
A pesquisa foi apoiada pelo Quantum Systems Accelerator Center do Departamento de Energia dos EUA; o Centro de Átomos Ultrafrios; a Fundação Nacional de Ciência; a Iniciativa de Pesquisa Universitária Multidisciplinar do Escritório de Pesquisa do Exército; e a DARPA Otimização com o programa Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices.
