Física quântica alcança recorde de emaranhamento

Por , em 16.04.2018

O emaranhamento ou entrelaçamento é um fenômeno de importância central para criarmos novas e potentes tecnologias quânticas.

Agora, pesquisadores da Áustria e da Alemanha quebraram o recorde de maior número de partículas quânticas emaranhadas em um sistema controlável individualmente, consistindo em um total de 20 bits quânticos.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Physical Review X.

Antigo recorde

Partículas quânticas emaranhadas são intrinsecamente ligadas. Assim, o que quer que aconteça com uma, instantaneamente afeta a outra.

Em computadores normais, bits regulares podem existir em um de dois estados – 1 ou 0. Já em computadores quânticos, os bits são emaranhados. Embora também sejam baseados no sistema binário, graças ao entrelaçamento, podem existir em uma superposição de ambos os estados.

Isso permite que um computador quântico seja muito mais rápido e mais poderoso. No entanto, quando se trata de bits quânticos (qubits), é mais fácil falar do que fazer.

O maior recorde quântico já alcançado, com bits individualmente controláveis, foi estabelecido em 2011 por físicos conduzidos por Rainer Blatt, da Universidade de Innsbruck, na Áustria. Na época, eles entrelaçaram 14 desses bits.

O novo experimento

Agora, Blatt e uma equipe internacional de pesquisadores construíram um sistema de 20 bits quânticos cujos estados podem ser controlados individualmente.

Neste experimento, 20 átomos de cálcio carregados, ou íons de cálcio, dispostos em uma linha serviram como bits quânticos, e foram emaranhados usando uma série de lasers.

A equipe conseguiu que os íons de cálcio se misturassem com dois, três ou ocasionalmente até quatro outros íons no sistema.

Esta não é a primeira vez que tantas partículas se emaranham, mas é a primeira vez que os cientistas conseguem ler e controlar individualmente cada um dos bits, o que é muito importante.

O avanço

Já existem, por exemplo, computadores quânticos em estágio inicial que dispõem de mais bits quânticos, como a máquina de 50 qubits da IBM, e o Bristlecone, de 72 qubits, do Google.

Nesses casos, porém, os estados quânticos individuais dos qubits não são controláveis.

Para superar esse obstáculo, os cientistas do novo estudo usaram uma armadilha de íons para confinar os íons de cálcio usando um campo magnético.

Então, entraram com os lasers para emaranhá-los, criando um sistema de 20 qubits com cada qubit codificado no estado eletrônico de um íon atômico preso.

Aplicações

Os pesquisadores do estudo, membros da Universidade de Innsbruck, da Universidade de Viena, da Academia Austríaca de Ciências (todas na Áustria) e da Universidade de Ulm (Alemanha) também desenvolveram dois métodos para provar a expansão do emaranhamento para as partículas vizinhas.

Usando esses métodos, os cientistas conseguiram mostrar que todos os 20 qubits estavam emaranhados.

A equipe acredita que as técnicas criadas podem ser utilizadas para criar um registro quântico ainda maior. Como os qubits podem ser lidos individualmente, eles seriam adequados para aplicações práticas como simulações quânticas e processamento de informações quânticas.

“Nosso objetivo de médio prazo é 50 partículas”, disse Blatt. “Isso pode nos ajudar a resolver problemas que os melhores supercomputadores hoje ainda não conseguem”. [ScienceAlert, Phys]

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