Investigadores da Penn entrelaçam quatro qubits num diamante à temperatura ambiente 10 vezes mais rápido

Investigadores da Universidade da Pensilvânia entrelaçaram quatro qubits dentro de um diamante à temperatura ambiente usando uma única porta de controlo, reduzindo o tempo de operação em cerca de 90% face ao método convencional, ao mesmo tempo que melhoraram a precisão — uma combinação rara em hardware quântico, onde velocidade e fidelidade costumam competir entre si.

A equipa, cujo trabalho foi publicado este mês na Nature Nanotechnology, gerou um estado entrelaçado de quatro qubits em 14,8 microssegundos. O método convencional, que entrelaça os qubits dois a dois através de uma sequência de portas separadas, demorou cerca de dez vezes mais para atingir o mesmo estado de quatro qubits e fê-lo com menor precisão: fidelidade de 0,69, contra 0,92 do novo método paralelo.

Por que a temperatura ambiente importa

A maioria das principais plataformas de computação quântica — incluindo os qubits supercondutores usados pela IBM e Google — requerem arrefecimento próximo do zero absoluto, acrescentando uma enorme sobrecarga de engenharia em sistemas criogénicos, de vácuo e de blindagem. O sistema da Penn usa em vez disso um centro de vacância de azoto (NV), um tipo específico de defeito na rede cristalina do diamante que se comporta como um bit quântico estável.

Transformar uma falha numa funcionalidade

O truque técnico é invulgarmente elegante: em vez de combater a interferência cruzada que ocorre quando um pulso de controlo destinado a um spin nuclear afeta inadvertidamente os seus vizinhos, a equipa da Penn ajustou o tempo e a repetição da sua sequência de controlo — um padrão chamado XY8 — para aproveitar deliberadamente essa interferência como uma operação de entrelaçamento paralelo.

O que isto permite, e o que ainda não permite

Os investigadores afirmam que o método de controlo se generaliza a outros tipos de defeitos de diamante e a registos de defeitos comparáveis em carboneto de silício e silício. As aplicações imediatas incluem correção de erros quânticos, nós de memória quântica para futuras redes quânticas, e deteção quântica à temperatura ambiente.

A ressalva é a escala: isto continua a ser uma demonstração laboratorial de quatro qubits, não um processador quântico funcional. Passar de quatro qubits entrelaçados para os milhares ou milhões necessários para um computador quântico universal tolerante a falhas é um problema de engenharia separado e muito mais difícil.

De acordo com The Quantum Insider, com base na publicação na Nature Nanotechnology.