Inovação em Computação Quântica: Um Novo Caminho para a Escala

Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, estão desenvolvendo um sistema inovador que pode impulsionar a expansão dos computadores quânticos a níveis sem precedentes. A técnica utiliza cavidades ópticas miniaturizadas, projetadas para coletar sinais emitidos por átomos individuais, permitindo a leitura simultânea de muitos qubits – os bits quânticos que armazenam informações nesses computadores.

O estudo, publicado na renomada revista Nature, representa um avanço significativo na busca por superar os desafios de escalabilidade que limitam o potencial dessa tecnologia.

Desafios e Soluções na Coleta de Dados Quânticos

A dificuldade de aumentar a escala dos computadores quânticos é um dos principais obstáculos na área. Embora essas máquinas tenham o potencial de realizar cálculos que levariam milhares de anos em computadores tradicionais em questão de horas, os sistemas atuais operam com um número limitado de qubits e enfrentam dificuldades para ler os dados gerados de forma rápida e confiável.

A nova arquitetura desenvolvida em Stanford aborda esse problema, focando na maneira como os sinais são coletados dos átomos.

Cada componente do sistema é formado por um átomo isolado. Para extrair informações desses átomos, os pesquisadores criaram cavidades ópticas, estruturas projetadas para capturar fótons – as partículas elementares da luz – emitidos durante o processo de leitura.

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O principal desafio histórico reside no fato de que os átomos emitem pouca luz e em todas as direções, o que dificulta a coleta do sinal. As cavidades resolvem esse gargalo, direcionando a emissão luminosa para um caminho específico, aumentando a eficiência da coleta.

Micro lentes e otimizam a interação com a luz

Os testes incluíram um arranjo funcional com 40 cavidades ópticas, cada uma associada a um qubit, além de um protótipo maior com mais de 500 cavidades. A equipe incorporou microlentes dentro de cada cavidade, concentrando o feixe de luz diretamente sobre o átomo.

Mesmo com menos reflexões internas, o método se mostrou mais eficiente para extrair informação quântica. “Desenvolvemos um novo tipo de arquitetura de cavidade”, disse Adam Shaw, pesquisador de Stanford e primeiro autor do trabalho. Segundo ele, o sistema pode viabilizar computadores quânticos distribuídos, capazes de trocar dados em velocidades mais altas por meio de interfaces ópticas.

Potencial para o Futuro da Computação

A pesquisa representa um caminho técnico viável para a construção de sistemas que, no futuro, podem chegar à escala de milhões de qubits. “Se quisermos construir um computador quântico, precisamos extrair informação dos bits quânticos muito rapidamente”, afirmou Jon Simon, professor associado de física e física aplicada em Stanford e autor sênior do estudo, à Science Daily. “Até agora, não havia uma forma prática de fazer isso em grande escala.” A tecnologia pode ter desdobramentos em outras áreas científicas, como biossensores, técnicas avançadas de microscopia e astronomia.

O trabalho contou com pesquisadores de instituições como Universidade de Chicago, Harvard e Stony Brook, e recebeu apoio de agências públicas dos Estados Unidos. Parte dos autores também possui patentes relacionadas ao desenho das cavidades ópticas apresentadas no estudo.