Um programa da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA) afirma ter alcançado um grande avanço no campo da computação quântica. O projeto Otimização de Dispositivos Quânticos Intermediários Ruidosos (ONISQ) criou o primeiro circuito quântico do mundo com bits quânticos lógicos (qubits).
A computação quântica é baseada em alguns conceitos aparentemente mágicos ou malucos e tem o potencial de revolucionar a nossa compreensão dos computadores. Ao utilizar efeitos quânticos e algum conhecimento matemático relativamente complexo, a computação quântica pode aumentar a velocidade do processamento de informações em várias ordens de grandeza em relação à computação clássica e promover o desenvolvimento da inteligência artificial, bioquímica, criptografia e outros campos.
Tudo isso é muito impressionante, mas tropeçou ao longo do caminho, já que levar a computação quântica além do estágio experimental provou ser bastante difícil. Parte da razão é que a computação quântica tem uma taxa de erro muito alta, o que não é surpreendente porque os princípios da computação quântica se baseiam no fato de que, diferentemente do binário um e zero da computação clássica, algo pode ser um, um zero, ou um e um zero ao mesmo tempo.
O truque é encontrar uma maneira de tornar mais práticos esses processadores propensos a erros ou “ruidosos”, combinando-os com sistemas clássicos. No caso da DARPA, isto envolve focar na resolução de problemas de otimização que surgem na defesa e na indústria através do desenvolvimento de qubits lógicos, uma abstração de nível superior que atua como um algoritmo quântico e é baseada em qubits de Rydberg, que são componentes físicos que atuam como sistemas quânticos de dois estados.
“Os qubits de Rydberg têm a vantagem da uniformidade de propriedades – o que significa que cada qubit se comporta de forma indistinguível do próximo”, disse o Dr. Mukund Vengalattore, gerente do programa ONISQ no Escritório de Ciência de Defesa da DARPA. “Este não é o caso de outras plataformas, como qubits supercondutores, onde cada qubit é único e, portanto, não intercambiável”.
"A homogeneidade dos qubits Rydberg permite que eles sejam escalados rapidamente e também permite que sejam facilmente manipulados e movidos por lasers em circuitos quânticos. Isso supera a atual abordagem propensa a erros de realizar operações qubit conectando-os sequencialmente, propagando erros por todo o chip. Agora é possível imaginar a reconfiguração dinâmica de qubits em chips quânticos que não estão mais limitados à execução sequencial de um circuito quântico. Agora podemos usar uma pinça a laser para trazer um circuito inteiro coleção de qubits (todos os qubits) de um lugar no circuito para outro no circuito, executar uma operação e, em seguida, colocá-los de volta em seu local original "Qubits lógicos Redburg dinamicamente reconfiguráveis e móveis abrem conceitos e paradigmas inteiramente novos para projetar e construir processadores de computação quântica escaláveis."
Atualmente, a DARPA conectou 48 qubits lógicos, mas são necessários muitos mais para atingir o nível de complexidade exigido para computadores quânticos práticos. No entanto, isso seria muito menos do que os milhões de qubits originalmente imaginados como necessários para um computador quântico tolerante a falhas.
"Se alguém tivesse previsto há três anos, no início do programa ONISQ, que o átomo neutro de Rydberg (um átomo excitado com um ou mais elétrons com um número quântico principal muito alto) poderia servir como um qubit lógico, ninguém teria acreditado", disse o Dr. Guido Zuccarello, consultor técnico da DARPA.
Esta é a forma da DARPA apostar no potencial destes qubits menos estudados e dos circuitos iónicos e supercondutores mais estudados. Como um programa exploratório, o ONISQ oferece aos pesquisadores espaço para explorar novas aplicações exclusivas, além do foco na otimização. Portanto, a equipe liderada por Harvard foi capaz de aproveitar mais o potencial desses qubits de Redburg e convertê-los em qubits lógicos, o que é uma descoberta muito significativa.