A mecânica quântica é tão estranha que até o gênio visionário que descreveu os segredos do Universo parecia descartar certos aspectos tão estranho.
“Ação assustadora à distância” foi como Albert Einstein descreveu emaranhamento quânticouma conexão estranha entre partículas que a física clássica não pode explicar.
Da nossa perspectiva clássica, parece permitir a comunicação instantânea, quebrando assim a velocidade da luz e atraindo a ira de Einstein.
Por exemplo, se nós lançou duas moedas emaranhadas quânticas e uma caísse cara, poderíamos saber com certeza se a segunda moeda cairia instantaneamente com coroa – mesmo se uma fosse lançada na Terra e a outra na Marte.
Isto porque medir um revela instantaneamente o estado do outro, uma correlação sem explicação clássica.
Esta sincronização assustadora é uma base para computação quânticacom potencial incalculável para aprendizado de máquinadesign farmacêutico, comunicações digitais e outras aplicações essenciais.
Agora, físicos do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) e da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, alcançaram um avanço ao confirmar experimentalmente uma Teoria do emaranhamento de 20 anosfornecendo um protótipo para ampliar processos de computação quântica.
Não muito diferente de reprimir um irascível chihuahuaos pesquisadores usaram um ‘banho quântico’ de partículas de luz para emaranhar qubits isolados (bits quânticos), as unidades funcionais de computadores quânticos.
Representação artística de duas partículas emaranhadas, cujas características estão interligadas. (Mark Garlick/Biblioteca de Fotos Científicas/Getty Images)
Qubits são as contrapartes quânticas de pedaços (dígitos binários), as unidades básicas de informação que alimentam os computadores convencionais. Os bits podem representar dois valores, 1 ou 0, que são semelhantes a uma chave ligada ou desligada.
Qubits, no entanto, pode existir em uma superposição de estados 1 e 0 – como O famoso gato malhado preso em caixa de Schrödingeruma metáfora de como essas partículas quânticas podem existir em vários estados ao mesmo tempo.
Mais tradicional emaranhamento abordagens incluir dois métodos. O primeiro envia um único fóton controlado ativamente entre dois qubits. No segundo, Vencedor do prêmio Nobel protocolo, cada qubit libera um fóton que deve ser correspondido. No entanto, isso requer ajustes constantes e nem sempre funciona.
Este método de banho quântico oferece uma maneira totalmente autônoma de sincronizar qubits distantes, submetendo-os a microondas de baixa energia, produzindo uma versão “estacionária” de emaranhamento aplicável, em vez de uma que flutua em suas propriedades como um pêndulo.
O dispositivo de “banho quântico” usado para entregar fótons de micro-ondas emaranhados aos qubits. (QUALQUER)
“Neste trabalho, pretendemos superar esse descompasso entre as formas de emaranhamento prontamente disponíveis e as formas práticas de emaranhamento”, explica Alejandro Andrés-Juanes, físico do ISTA e primeiro autor do estudo.
“Ao estabilizar remotamente os estados emaranhados, nossa abordagem é totalmente autônoma e não requer controle ou medição ativa.”
É importante ressaltar que este esquema pode ser aplicado em “distâncias arbitrárias“ostensivamente mais longe do que os 50 centímetros (20 polegadas) de cabo que separavam os qubits dos fótons indutores de emaranhamento neste experimento.
Além disso, uma única fonte de fótons correlacionada (emaranhada) pode ser manipulada para gerar muitos pares emaranhados.
Esta pesquisa também é promissora para sistemas quânticos híbridos, nos quais fótons em diferentes frequências, como luz óptica e microondaspode “estabilizar o emaranhado entre qubits que são operados em escalas de energia muito diferentes”, os pesquisadores menção.
O emaranhamento estável é igualmente crucial porque pode ser usado sob demanda, por assim dizer, em vez de emaranhados de vida mais curta que devem ser utilizados de forma oportunista:
“Dessa forma, o estado emaranhado do qubit é estabilizado, mesmo além da ‘vida útil’ dos qubits, e permanece sempre disponível como um recurso para processamento quântico adicional”, diz Johannes Fink, físico do ISTA e autor sênior do estudo.
“Isso torna a abordagem conceitualmente significativa.”
Finalmente, os pesquisadores mostraram que podiam verificar se seus qubits estavam de fato sincronizados. Eles fizeram isso usando pulsos de micro-ondas incrivelmente curtos, de apenas bilionésimos de segundo, para medir o estado de seus qubits.
“Qubits podem estar em uma superposição de estados, mas todos esses estados entram em colapso quando os medimos, deixando-nos com um estado 0 ou 1”, notas Andrés-Juanes.
Na verdade, este é um dos problemas fundamentais da computação quântica, já que a “decoerência” dos qubits rouba-lhes o seu comportamento quântico e, portanto, as suas vantagens computacionais.
Embora seja incerto até que ponto a computação quântica poderá se tornar amplamente disponível e relevante para o público, ela poderá ter aplicações de longo alcance.
Mesmo que seja improvável que usemos laptops quânticos para navegar em gifs de gatos patetas, isso pode salvar nossas vidas, já que uma melhor estabilização de qubits pode levar a avanços farmacêuticos baseados em informações quânticas.
Ou poderia otimizar os deslocamentos diários e o transporte truncado, quebrando o clássico caixeiro viajante problema para encontre as rotas mais eficientes.
UM tanto quanto um computador. A maior parte deste maquinário (ou seja, a estrutura em estilo lustre dourado) compreende a unidade de resfriamento necessária para reduzir as temperaturas até quase o zero absoluto. (QUALQUER)
Finalmente, embora os pesquisadores tenham desenvolvido um protótipo de prova de conceito bem-sucedido, abordagens anteriores que usam controle ativo de estados de qubit permanecem mais eficientes.
“Nosso método atualmente transfere cerca de 10% do emaranhado disponível no banho”, Andrés-Juanes esclarece.
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No entanto, esta é uma estrutura escalável que pode ser melhorada, levando potencialmente ao aumento das capacidades de computação quântica e à expansão das redes quânticas.
Andrés-Juanes adiciona“Apresentamos um método relativamente simples que pode ser ampliado para sincronizar vários qubits distantes.”
Esta pesquisa foi publicada em Revisão Física X.
