ETH Zurich cria portas quânticas protegidas por dobrões de qubits com fidelidade superior a 99,91%

Pesquisadores do ETH Zurich desenvolveram uma técnica inovadora para construir portas quânticas com proteção intrínseca contra interferências ambientais como ruído térmico e imperfeições ópticas.

A abordagem recorre a dobrões de qubits formados por pares de átomos idênticos que ocupam a mesma posição em uma rede óptica dinâmica. Esses pares atuam de modo cooperativo para executar uma porta SWAP geometricamente protegida.

A plataforma física utiliza átomos fermiônicos confinados em uma armadilha óptica configurável cuja dinâmica é ajustada com precisão pelos cientistas. Ao gerar os estados de doublons, dois átomos interagem fortemente dentro da rede.

A operação de troca ocorre por holonomia quântica, um processo de evolução geométrica que elimina automaticamente as fases dinâmicas sensíveis ao ambiente. A elevada robustez da porta resulta da combinação de três simetrias fundamentais da física.

A simetria de troca de férmions, a simetria de reversão temporal e a simetria quiral atuam em conjunto para blindar a operação. Essa proteção coletiva faz com que variações na profundidade da armadilha, vibrações ou defeitos locais causem impacto mínimo sobre o resultado lógico.

No experimento, mais de 17 mil pares de átomos foram empregados para validar o método em escala relevante. A fidelidade corrigida de perdas da porta SWAP ultrapassou 99,91% segundo o portal do ETH Zurich.

Esse patamar de precisão é difícil de ser alcançado em gates de dois qubits, especialmente quando operados em sistemas extensos. A nova estratégia difere das abordagens tradicionais de correção de erro, que exigem grande quantidade de qubits extras para codificar informação lógica.

Os dobrões entregam redundância natural porque cada operação já envolve dois átomos que trabalham de forma integrada. Essa redundância nativa reduz os requisitos de hardware para sistemas quânticos escaláveis.

Menor dependência de qubits auxiliares e de resfriamento extremo torna-se viável com a proteção geométrica. A técnica favorece o desenvolvimento de processadores baseados em átomos neutros dotados de alta conectividade.

Tais dispositivos poderão executar cálculos complexos com confiabilidade suficiente para aplicações práticas. Desafios persistem antes da transição para ambientes comerciais.

O experimento exigiu condições ultracontroladas com átomos profundamente resfriados e redes ópticas de altíssima precisão. Adaptar o controle demonstrado para chips de estado sólido ou sistemas compactos demandará inovações adicionais de engenharia.

Especialistas avaliam que a rota geométrica pode ser integrada a outras arquiteturas quânticas existentes. A combinação com mecanismos de bombeamento topológico facilitaria o transporte de qubits pelo processador.

O acoplamento com códigos convencionais de correção de erro elevaria ainda mais o nível geral de confiabilidade. O avanço demonstra que leis fundamentais da física, como simetrias quânticas e propriedades topológicas, podem ser usadas diretamente como ferramentas de engenharia.

Essas propriedades deixam de ser conceitos abstratos para se tornarem elementos centrais na construção de hardware estável. Portas quânticas protegidas por dobrões de qubits representam um avanço concreto rumo a computadores quânticos tolerantes a falhas.

Com informações de olhardigital.com.br.