“Este é um avanço importante”, disse Ramon Aguado, pesquisador do CSIC no Instituto de Ciência de Materiais de Madrid (ICMM) e coautor do estudo. Ele explicou que a equipe recuperou com sucesso as informações armazenadas em qubits de Majorana aplicando uma técnica conhecida como capacitância quântica. Segundo Aguado, o método funciona como uma “sonda global sensível ao estado geral do sistema”, permitindo aos cientistas aceder a informações que antes eram difíceis de observar.
Para ilustrar a importância do resultado, Aguado descreveu os qubits topológicos como “como caixas seguras para informação quântica”. Em vez de manter os dados em um local fixo, esses qubits espalham as informações por dois estados quânticos vinculados, chamados modos zero de Majorana. Como os dados são distribuídos dessa forma, eles ganham segurança natural.
Esta estrutura torna os qubits topológicos particularmente atraentes para a computação quântica. “Eles são inerentemente robustos contra ruídos locais que criam inconsistências, pois para corromper os dados, uma falha deve afetar o sistema global”, explica Aguado. No entanto, as mesmas propriedades protetoras representam um grande desafio para os pesquisadores. Como ele observa, “Essa mesma qualidade se tornou o calcanhar de Aquiles experimental: como você “lê” ou “identifica” uma propriedade que não reside em um local específico?”
Construção de corrente mínima Kitaev
Para superar esse obstáculo, a equipe projetou uma nanoestrutura modular montada a partir de componentes menores, semelhantes a edifícios com blocos de Lego. Este dispositivo, denominado cadeia mínima de Kitaev, consiste em dois pontos quânticos semicondutores conectados por meio de um supercondutor.
Aguado explicou que esta abordagem permite aos investigadores construir o sistema a partir do zero. “Em vez de trabalhar cegamente em uma combinação de materiais, como em experimentos anteriores, construímos de baixo para cima e somos capazes de criar modos Majorana de maneira controlada, que é na verdade a ideia central do nosso projeto QuKit.” Este design cuidadoso dá aos cientistas controle direto sobre a formação dos modos de Majorana.
Medição em tempo real da paridade de Majorana
Depois de montar a cadeia mínima de Kitaev, a equipe aplicou sondas de capacitância quântica. Pela primeira vez, eles conseguiram determinar em tempo real e com uma única medição se o estado quântico combinado formado por dois modos de Majorana é par ou ímpar. Em termos práticos, isso revela se o qubit está no estado cheio ou vazio, o que define como ele armazena as informações.
“A experiência confirma muito bem o princípio da protecção: embora as medições de carga local sejam cegas a esta informação, a sonda global revela-a claramente”, disse Gorm Steffensen, investigador do ICMM CSIC que participou no estudo.
Os pesquisadores também detectaram “saltos aleatórios de paridade”, outro resultado notável do experimento. Ao analisar esses fenômenos, eles mediram “ajuste de paridade de mais de um milissegundo”, período considerado muito promissor para operações futuras envolvendo qubits topológicos baseados em modos de Majorana.
Colaboração entre Delft e ICMM CSIC
A pesquisa combina uma plataforma experimental inovadora desenvolvida originalmente na Delft University of Technology e trabalho teórico no ICMM CSIC. Os autores enfatizam que as contribuições teóricas são “críticas para a compreensão deste experimento altamente sofisticado”, destacando os esforços coletivos por trás desses avanços na computação quântica.
