Caltech bate recorde na computação quântica com 6,100 qubits

Um novo recorde importante de computação quântica acaba de ser alcançado - e com folga: físicos construíram um array com 6,100 qubits, o maior do seu tipo e muito acima dos cerca de mil qubits que sistemas anteriores costumavam ter.

O resultado veio de uma equipa do California Institute of Technology (Caltech). Para formar os qubits, os cientistas usaram átomos de césio, mantidos em posições bem definidas com um arranjo sofisticado de lasers que funcionam como “pinças” para deixar os átomos o mais estáveis possível.

Como o array de 6,100 qubits foi montado

Neste tipo de abordagem com átomos neutros, cada átomo atua como um qubit. A função das pinças a laser é capturar e sustentar esses átomos, enquanto o sistema opera dentro de uma câmara de vácuo ultra-alto (ou seja, de pressão extremamente baixa), ajudando a reduzir perturbações externas.

Segundo os investigadores, não houve um único salto tecnológico responsável pelo aumento expressivo no número de qubits. Em vez disso, o avanço foi viabilizado por uma sequência de melhorias de engenharia em vários pontos críticos - desde o próprio sistema de pinças a laser até à câmara de vácuo.

Por que tantos qubits importam: superposição e correção de erros

Qubits não funcionam como os bits clássicos dos computadores tradicionais. Enquanto um bit assume apenas 1 ou 0, um qubit tira partido da superposição: em vez de ficar restrito a estados binários, ele pode existir como uma distribuição de probabilidades, abrindo caminho para algoritmos capazes de resolver problemas que ficam fora do alcance dos métodos convencionais.

Ainda assim, para que algoritmos quânticos se tornem práticos, será necessário reunir muitos qubits. Um motivo central para arrays tão grandes é a correção de erros, que busca contornar a fragilidade inerente do qubit ao criar redundância suficiente para verificar e validar a operação da máquina.

O físico Manuel Endres destaca a importância do marco: “Este é um momento empolgante para a computação quântica com átomos neutros. Agora conseguimos enxergar um caminho para computadores quânticos grandes com correção de erros. Os blocos fundamentais estão no lugar.”

Estabilidade, precisão e o próximo passo: emaranhamento

A estabilidade tem sido um obstáculo recorrente em sistemas de computação quântica. Neste novo array, as inovações permitiram manter os qubits em superposição por quase 13 segundos - um tempo quase dez vezes maior do que o obtido em configurações anteriores.

Além disso, os qubits individuais puderam ser manipulados com 99.98 por cento de precisão, o que estabelece uma referência importante para a programabilidade dessa tecnologia.

Sobre a combinação entre escala e desempenho, o físico Gyohei Nomura afirma: “Muitas vezes se pensa que aumentar a escala, com mais átomos, vem à custa da precisão, mas os nossos resultados mostram que dá para fazer os dois.”

Ele acrescenta: “Qubits não são úteis sem qualidade. Agora temos quantidade e qualidade.”

Para que computadores quânticos se tornem uma alternativa viável aos supercomputadores modernos, ainda serão necessários mais qubits e níveis de estabilidade ainda maiores. Além disso, diferentes equipas atacam o problema por ângulos variados - por isso, recordes de certos tipos de computador quântico nem sempre se aplicam diretamente a outros.

A partir daqui, os pesquisadores precisam avançar no uso do emaranhamento, o que permitirá ao sistema dar o salto de apenas armazenar informação para efetivamente processá-la. Num futuro não tão distante, essas máquinas poderão ser usadas para descobrir novos materiais, novas formas de matéria e leis fundamentais da física.

A física Hannah Manetsch resume o potencial: “É empolgante que estejamos criando máquinas para nos ajudar a aprender sobre o Universo de maneiras que só a mecânica quântica pode ensinar.”

A pesquisa foi publicada na Nature.