Caltech bate recorde de computação quântica com 6.100 qubits

Foi batido mais um grande recorde na computação quântica - e com uma margem considerável: físicos conseguiram construir uma matriz com 6.100 qubits, a maior do seu tipo e muito acima dos cerca de mil qubits que os sistemas anteriores costumavam integrar.

O feito é de investigadores do California Institute of Technology, que recorreram a átomos de césio como qubits. Para os manter imóveis, usaram um sistema complexo de lasers que funcionou como “pinças” (tweezers), prendendo os átomos e procurando garantir o máximo de estabilidade possível.

Um salto para 6.100 qubits na computação quântica com átomos neutros

Ao contrário dos bits clássicos dos computadores tradicionais, os qubits tiram partido do que se chama superposição: não ficam apenas no binário 1 ou 0, mas distribuem-se por um conjunto de probabilidades. É isso que abre caminho a algoritmos capazes de resolver problemas que, em muitos casos, ficam fora do alcance dos métodos de computação convencional.

Porque é que tantos qubits importam: superposição e correção de erros

Ainda assim, para que os algoritmos quânticos sejam realmente práticos, serão necessários muitos qubits. Uma das razões para construir estas matrizes tão grandes é a correção de erros, que ajuda a contornar a fragilidade inerente do qubit, ao disponibilizar uma “reserva” capaz de verificar e validar a operação da máquina.

“Este é um momento entusiasmante para a computação quântica com átomos neutros”, afirma o físico Manuel Endres. “Conseguimos agora ver um caminho para grandes computadores quânticos com correção de erros. Os blocos fundamentais já estão no lugar.”

O aumento no número de qubits não surgiu por causa de um único avanço decisivo. Pelo contrário, foi o resultado de uma sequência de melhorias de engenharia em várias áreas essenciais - desde as pinças laser até à câmara de vácuo de ultra-alto desempenho (ou seja, de pressão extremamente baixa).

Estabilidade, precisão e o próximo passo: emaranhamento

A estabilidade tem sido outro ponto crítico nos sistemas de computação quântica. Nesta nova matriz, as inovações permitiram manter os qubits num estado de superposição durante quase 13 segundos - quase dez vezes mais do que o alcançado em configurações anteriores.

Além disso, os qubits individuais puderam ser manipulados com uma precisão de 99,98%, estabelecendo uma referência importante na programabilidade da tecnologia quântica.

“Muitas vezes pensa-se que aumentar a escala, com mais átomos, implica perder precisão, mas os nossos resultados mostram que é possível ter as duas coisas”, diz o físico Gyohei Nomura.

“Os qubits não são úteis sem qualidade. Agora temos quantidade e qualidade.”

Para que os computadores quânticos se tornem uma alternativa prática aos supercomputadores modernos, será preciso reunir ainda mais qubits e níveis de estabilidade superiores. Especialistas estão a enfrentar este desafio por diferentes vias, o que explica porque é que os recordes obtidos para certos tipos de computador quântico não se aplicam necessariamente a outros.

O próximo passo da equipa passa por explorar o emaranhamento, que permitirá ao sistema dar o salto de simplesmente armazenar informação para, de facto, a processar. Num futuro não muito distante, estas máquinas poderão ser usadas para descobrir novos materiais, novas formas de matéria e leis fundamentais da física.

“É entusiasmante estarmos a criar máquinas que nos ajudam a aprender sobre o Universo de formas que só a mecânica quântica consegue ensinar”, afirma a física Hannah Manetsch.

A investigação foi publicada na Nature.