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Nada existe no vácuo, mas os físicos muitas vezes gostariam que não fosse esse o caso. Se os sistemas que os cientistas estudam pudessem ser completamente isolados do mundo exterior, as coisas seriam muito mais fáceis.
Veja a computação quântica. É um campo que já está atraindo bilhões de dólares em apoio de investidores de tecnologia e pesos pesados da indústria, incluindo IBM, Google e Microsoft. Mas se as menores vibrações se infiltrarem do mundo exterior, elas podem fazer com que um sistema quântico perca informações.
Por exemplo, até mesmo a luz pode causar vazamentos de informações se tiver energia suficiente para sacudir os átomos dentro de um chip processador quântico.
“Todo mundo está realmente empolgado com a construção de computadores quânticos para responder a perguntas realmente difíceis e importantes”, disse Joe Kitzman, aluno de doutorado da Michigan State University. “Mas as excitações vibracionais podem realmente atrapalhar um processador quântico”.
Mas, com uma nova pesquisa publicada na revista Natureza Comunicações, Kitzman e seus colegas estão mostrando que essas vibrações não precisam ser um obstáculo. Na verdade, eles poderiam beneficiar a tecnologia quântica.
“Se pudermos entender como as vibrações se acoplam ao nosso sistema, podemos usar isso como um recurso e uma ferramenta para criar e estabilizar alguns tipos de estados quânticos”, disse Kitzman.
O que isso significa é que os pesquisadores podem usar esses resultados para ajudar a mitigar informações perdidas por bits quânticos, ou qubits (pronuncia-se “q bits”).
Computadores convencionais contam com uma lógica binária bem definida. Os bits codificam informações assumindo um dos dois estados possíveis distintos, muitas vezes denotados como zero ou um. Qubits, no entanto, são mais flexíveis e podem existir em estados que são simultaneamente zero e um.
Embora isso possa soar como trapaça, está dentro das regras da mecânica quântica. Ainda assim, esse recurso deve dar aos computadores quânticos vantagens valiosas sobre os computadores convencionais para certos problemas em várias áreas, incluindo ciência, finanças e segurança cibernética.
Além de suas implicações para a tecnologia quântica, o relatório da equipe liderada pela MSU também ajuda a preparar o terreno para experimentos futuros para explorar melhor os sistemas quânticos em geral.
“Idealmente, você deseja separar seu sistema do ambiente, mas o ambiente está sempre presente”, disse Johannes Pollanen, presidente de física do Departamento de Física e Astronomia da MSU. “É quase como lixo com o qual você não quer lidar, mas você pode aprender todo tipo de coisa legal sobre o mundo quântico quando o fizer.”
Pollanen também lidera o Laboratório de Sistemas Quânticos Híbridos, do qual Kitzman é membro, no Colégio de Ciências Naturais. Para os experimentos liderados por Pollanen e Kitzman, a equipe construiu um sistema que consiste em um qubit supercondutor e o que é conhecido como ressonadores de ondas acústicas de superfície.
Esses qubits são uma das variedades mais populares entre as empresas que desenvolvem computadores quânticos. Os ressonadores mecânicos são usados em muitos dispositivos de comunicação modernos, incluindo telefones celulares e abridores de portas de garagem, e agora, grupos como o de Pollanen estão colocando-os para trabalhar na tecnologia quântica emergente.
Os ressonadores da equipe permitiram que os pesquisadores sintonizassem as vibrações experimentadas pelos qubits e entendessem como a interação mecânica entre os dois influenciava a fidelidade da informação quântica.
“Estamos criando um sistema de paradigma para entender como essa informação é embaralhada”, disse Pollanen. “Temos controle sobre o ambiente, neste caso, as vibrações mecânicas no ressonador, bem como o qubit”.
“Se você puder entender como essas perdas ambientais afetam o sistema, poderá usar isso a seu favor”, disse Kitzman. “O primeiro passo para resolver um problema é entendê-lo.”
A MSU é um dos poucos lugares equipados e com equipe para realizar experimentos nesses dispositivos ressonadores mecânicos qubit acoplados, disse Pollanen, e os pesquisadores estão entusiasmados em usar seu sistema para uma exploração mais aprofundada. A equipe também incluiu cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e da Universidade de Washington em St. Louis.
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