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Uma equipe de pesquisadores do Nexus for Quantum Technologies Institute (NexQT) da Universidade de Ottawa, liderada pelo Dr. Francesco Di Colandrea sob a supervisão do Professor Ebrahim Karimi, professor associado de física, desenvolveu uma técnica inovadora para avaliar o desempenho de circuitos quânticos . Este avanço significativo, publicado recentemente na revista Informação Quântica npjrepresenta um salto substancial no campo da computação quântica.
No cenário em rápida evolução das tecnologias quânticas, é fundamental garantir a funcionalidade e a confiabilidade dos dispositivos quânticos. A capacidade de caracterizar esses dispositivos com alta precisão e velocidade é essencial para sua integração eficiente em circuitos e computadores quânticos, impactando tanto estudos fundamentais quanto aplicações práticas.
A caracterização ajuda a determinar se um dispositivo funciona conforme esperado, o que é necessário quando os dispositivos apresentam anomalias ou erros. Identificar e abordar estas questões é crucial para avançar no desenvolvimento de futuras tecnologias quânticas.
Tradicionalmente, os cientistas confiam na Tomografia de Processo Quântico (QPT), um método que requer um grande número de “medições projetivas” para reconstruir completamente as operações de um dispositivo. No entanto, o número de medições necessárias em QPT é dimensionado quadraticamente com a dimensionalidade das operações, apresentando desafios experimentais e computacionais significativos, especialmente para processadores de informação quântica de alta dimensão.
A equipe de pesquisa da Universidade de Ottawa foi pioneira em uma técnica otimizada chamada Tomografia de Processo Quântico de Fourier (FQPT). Este método permite a caracterização completa das operações quânticas com um número mínimo de medições. Em vez de realizar um grande número de medições projetivas, o FQPT utiliza um mapa bem conhecido, a transformada de Fourier, para realizar uma parte das medições em dois espaços matemáticos diferentes. A relação física entre esses espaços potencializa as informações extraídas de medições únicas, reduzindo significativamente o número de medições necessárias. Por exemplo, para processos com dimensões 2d (onde d pode ser arbitrariamente alto), apenas sete medições são necessárias.
Para validar sua técnica, os pesquisadores conduziram um experimento fotônico usando polarização óptica para codificar um qubit. O processo quântico foi realizado como uma complexa transformação de polarização dependente do espaço, aproveitando a tecnologia de cristal líquido de última geração. Este experimento demonstrou a flexibilidade e robustez do método.
“A validação experimental é um passo fundamental para testar a resiliência da técnica ao ruído, garantindo reconstruções robustas e de alta fidelidade em cenários experimentais realistas”, disse Francesco Di Colandrea, pós-doutorado na Universidade de Ottawa.
Esta nova técnica representa um avanço notável na computação quântica. A equipe de pesquisa já está trabalhando ativamente na extensão do FQPT para operações quânticas arbitrárias, incluindo implementações não-Hermitianas e de dimensões superiores, e na implementação de técnicas de IA para aumentar a precisão e reduzir a medição. Esta nova técnica representa um caminho promissor para novos avanços na tecnologia quântica.
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