Processador de 6.100 qubits bate recorde da computação quântica

A fasquia dos recordes em computação quântica voltou a subir - e com uma diferença impressionante: uma equipa de físicos construiu uma matriz com 6 100 qubits, a maior do seu género e muito acima dos cerca de mil qubits que os sistemas anteriores conseguiam reunir.

Computação quântica com átomos neutros: 6 100 qubits numa única matriz

O resultado foi alcançado por investigadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), que usaram átomos de césio como qubits. Para os manter imobilizados e o mais estáveis possível, recorreram a um conjunto sofisticado de lasers que funcionam como “pinças” (tweezers ópticos), posicionando cada átomo com elevada precisão.

O que torna os qubits diferentes e porque é que a superposição importa

Ao contrário dos bits clássicos dos computadores tradicionais - que assumem 0 ou 1 - os qubits tiram partido da superposição, isto é, de um estado em que coexistem probabilidades associadas a diferentes resultados. Essa característica abre caminho a algoritmos capazes de resolver tarefas que, para métodos convencionais, são consideradas praticamente inalcançáveis.

Porque é que são necessários tantos qubits: correção de erros e robustez

Apesar do potencial, transformar algoritmos quânticos em ferramentas verdadeiramente práticas exige muitos qubits. Um dos principais motivos é a correção de erros, essencial para contornar a fragilidade intrínseca do qubit: ao incluir redundância, o sistema consegue verificar e compensar falhas, aumentando a fiabilidade do funcionamento global.

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

Avanços de engenharia em cadeia (não um único “golpe de sorte”)

Este salto no número de qubits não resultou de uma descoberta isolada, mas sim de uma sequência de melhorias de engenharia em vários pontos críticos - desde as pinças laser até à câmara de vácuo ultra-alto (de pressão extremamente baixa), concebida para reduzir interferências e perturbações externas.

A estabilidade tem sido um dos obstáculos recorrentes em sistemas de computação quântica. Nesta nova matriz, as inovações permitiram manter os qubits em superposição durante quase 13 segundos, um valor perto de dez vezes superior ao de configurações anteriores.

Programabilidade: manipulação de qubits com 99,98% de precisão

Além disso, cada qubit pôde ser controlado individualmente com 99,98% de precisão, estabelecendo um marco relevante na programabilidade da tecnologia quântica.

“Acredita-se muitas vezes que aumentar a escala - com mais átomos - implica sacrificar a precisão, mas os nossos resultados mostram que é possível obter ambos”, diz o físico Gyohei Nomura.
“Os qubits não têm utilidade sem qualidade. Agora temos quantidade e qualidade.”

O que ainda falta para competir com supercomputadores modernos

Para que os computadores quânticos se tornem uma alternativa prática aos supercomputadores actuais, serão necessários ainda mais qubits e níveis superiores de estabilidade. E como existem várias abordagens tecnológicas em desenvolvimento, os recordes atingidos por um tipo de arquitectura nem sempre se traduzem directamente para outras.

Um ponto adicional é que, à medida que as matrizes crescem, aumentam também os desafios de calibração, sincronização de lasers e controlo de ruído ambiental. Na prática, escalar não é apenas “adicionar mais qubits”: é assegurar que todos continuam controláveis e previsíveis, mantendo a mesma qualidade de operação em toda a matriz.

Próximo passo: explorar o emaranhamento para passar de armazenar a processar

O passo seguinte para os investigadores é tirar partido do emaranhamento, o fenómeno que permitirá ao sistema evoluir de uma plataforma que armazena informação para uma máquina que a processa efectivamente de forma quântica.

Se essa transição for consolidada, não será surpreendente que, num futuro não muito distante, estes computadores ajudem a descobrir novos materiais, novas formas de matéria e até a aprofundar o entendimento de 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.