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Computadores quânticos práticos ainda estão no horizonte, mas os cientistas continuam a fazer melhorias na tecnologia subjacente necessária para tornar esses sistemas possíveis.
Duas equipes de pesquisa publicaram abordagens alternativas para o quantum, uma sobre a manipulação do spin dos elétrons à temperatura ambiente e a outra sobre o uso de interações quânticas naturais para resolver problemas.
Uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pela Universidade de Cambridge, disse ter encontrado uma maneira de controlar a interação da luz e o spin dos elétrons, fazendo com que eles se comportem como minúsculos ímãs que poderiam ser usados para aplicações quânticas, e que funciona mesmo em temperatura do quarto.
Enquanto isso, outra equipe do Los Alamos National Laboratory (LANL), no estado americano do Novo México, afirma ter desenvolvido uma maneira de implementar um algoritmo em interações quânticas naturais que elimina alguns dos requisitos desafiadores do hardware quântico.
A pesquisa de Cambridge envolve semicondutores orgânicos, semelhantes aos usados para emitir luz em monitores digitais, como telas de computador. Na pesquisa, eles são usados para criar unidades moleculares conectadas por minúsculas “pontes”, e descobriu-se que a aplicação de luz a essas pontes faz com que os elétrons em extremidades opostas da estrutura se conectem alinhando seus estados de rotação. Esses elétrons permanecem alinhados por meio de seus spins, mesmo que a ponte seja removida.
Segundo a equipe, esse nível de controle sobre as propriedades quânticas normalmente só pode ser alcançado em temperaturas criogênicas, como é o caso de muitas tecnologias supercondutoras de qubit. Em vez disso, a equipe afirma que é capaz de controlar o comportamento quântico de seus materiais à temperatura ambiente, e isso abre uma série de aplicações quânticas potenciais ao acoplar de forma confiável os spins aos fótons.
Os semicondutores orgânicos ainda não foram amplamente estudados para aplicações quânticas, como computação quântica ou detecção quântica, de acordo com Sebastian Gorgon, primeiro autor do trabalho de pesquisa e Bye-Fellow do Laboratório Cavendish de Cambridge.
“Agora demos o próximo grande passo e vinculamos as propriedades ópticas e magnéticas dos radicais em um semicondutor orgânico”, disse Gorgon. “Esses novos materiais são uma grande promessa para aplicações completamente novas, já que conseguimos eliminar a necessidade de temperaturas ultrafrias.”
Os resultados são relatados na revista Nature, enquanto o artigo “Reversible spin-optical interface in luminescent organic radicals” está disponível aqui [PDF].
No LANL, os pesquisadores afirmam que é possível implementar um algoritmo em interações quânticas naturais para processar uma variedade de problemas do mundo real mais rapidamente do que computadores clássicos ou mesmo computadores quânticos convencionais baseados em portas.
Nikolai Sinitsyn, pesquisador associado de pós-doutorado da LANL e coautor do artigo, disse que os sistemas naturais, como os spins de elétrons de defeitos em diamantes, exibem precisamente o tipo de interações necessárias para processos computacionais.
“Nossa descoberta elimina muitos requisitos desafiadores para hardware quântico”, disse ele.
Em vez de configurar um sistema complexo de portas lógicas entre vários qubits que devem compartilhar o emaranhamento quântico, a nova abordagem afirma usar um campo magnético simples para manipular os qubits, como os spins dos elétrons, em um sistema natural.
Sinitsyn disse que a evolução precisa dos estados de spin é tudo o que é necessário para implementar o algoritmo e que isso pode ser usado para resolver muitos problemas práticos que supostamente exigem computadores quânticos.
Como essa abordagem depende do emaranhamento natural e não induzido, diz-se que requer menos conexões entre os qubits. Isso reduz o risco de decoerência e os qubits, portanto, “vivem” por um tempo relativamente longo, de acordo com Sinitsyn.
O artigo da equipe LANL descreve como sua abordagem pode ser usada para resolver um problema de particionamento de números usando o algoritmo de Grover, um método quântico para pesquisar grandes conjuntos de dados que levaria uma quantidade considerável de tempo e recursos usando computadores convencionais.
Esse algoritmo é adequado para computadores quânticos idealizados e corrigidos por erros, mas nenhum deles existe atualmente e seria difícil de implementar nas máquinas propensas a erros de hoje, afirmou Sinitsyn.
O artigo, intitulado “Oráculo de Grover protegido topologicamente para o problema da partição” foi publicado na revista científica Revisão Física A. ®
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