Pesquisadores da Universidade de Harvard alcançaram um marco significativo na busca por computação quântica estável e escalável, uma tecnologia de ultra-alta velocidade promissora para avanços revolucionários em diversos campos, incluindo medicina, ciência e finanças. Liderada por Mikhail Lukin, Professor da Universidade em física e co-diretor da Iniciativa Quântica de Harvard, a equipe desenvolveu o primeiro processador quântico lógico programável, capaz de codificar até 48 qubits lógicos e executar centenas de operações lógicas de porta, superando esforços anteriores.
Este sistema representa a primeira demonstração de execução de algoritmos em larga escala em um computador quântico corrigido por erros, marcando o início da computação quântica tolerante a falhas ou ininterrupta de maneira confiável.
A importância do processador quântico
Este avanço foi descrito por Denise Caldwell, da National Science Foundation, como um “tour de force de engenharia e design quântico“. A equipe não só acelerou o desenvolvimento do processamento de informações quânticas usando átomos neutros, mas também abriu novas portas para a exploração de dispositivos de qubit lógicos em larga escala. Tais dispositivos podem possibilitar benefícios transformadores para a ciência e a sociedade como um todo.
Na computação quântica, um qubit quântico, ou “qubit”, é uma unidade de informação, assim como um bit binário na computação clássica. No entanto, aproveitar a estranheza da mecânica quântica para a computação é mais complicado do que simplesmente acumular um grande número de qubits, que são inerentemente instáveis e propensos a sair de seus estados quânticos.
Os verdadeiros pilares desta tecnologia são os chamados qubits lógicos: conjuntos de qubits físicos redundantes e corrigidos por erros, que podem armazenar informações para uso em um algoritmo quântico. A criação de qubits lógicos como unidades controláveis, semelhantes aos bits clássicos, tem sido um obstáculo fundamental para o campo. Geralmente aceita-se que, até que os computadores quânticos possam operar de maneira confiável em qubits lógicos, a tecnologia não pode realmente decolar.
Arquitetura inovadora do processador quântico
A inovação da equipe de Harvard, publicada na revista Nature, se baseia em vários anos de trabalho em uma arquitetura de computação quântica conhecida como ‘array de átomos neutros’, pioneira no laboratório de Lukin. O componente chave do sistema é um bloco de átomos de rubídio ultrafrios e suspensos, nos quais os átomos — os qubits físicos do sistema — podem se mover e ser conectados em pares, ou “emaranhados”, durante o cálculo. Pares emaranhados de átomos formam portas, que são unidades de poder de computação.
Anteriormente, a equipe havia demonstrado taxas de erro baixas em suas operações de emaranhamento, comprovando a confiabilidade de seu sistema de array de átomos neutros. Com seu processador quântico lógico, os pesquisadores agora demonstram controle paralelo e multiplexado de um patch inteiro de qubits lógicos, usando lasers. Esse resultado é mais eficiente e escalável do que ter que controlar qubits físicos individuais.
A equipe continuará trabalhando para demonstrar mais tipos de operações em seus 48 qubits lógicos e configurar seu sistema para funcionar continuamente, ao invés de ciclar manualmente como faz agora.
