Resumo interno:
- Pesquisadores da ETH Zürich criaram um qubit funcional a partir de um pequeno ressonador mecânico, repensando o design de um computador mecânico no âmbito da computação quântica.
- Eles superaram os desafios dos estados de energia uniformemente distribuídos em osciladores mecânicos, introduzindo a “anarmonicidade”, usando um sistema híbrido de movimento mecânico e controle quântico supercondutor.
- O qubit mecânico qubit alcançou 60% de confiabilidade, mostrando uma prova de conceito, mas ainda atrás dos qubits convencionais em desempenho.
- A equipe pretende explorar aplicações mecânicas de qubits, como sondas sensíveis para detecção de gravidade e execução de tarefas lógicas com qubits em muitas máquinas.
Embora muito se fale sobre o retorno da moda do caos do passado do ensino médio, a natureza cíclica do tempo é uma oportunidade para a inovação voltar e repensar o que já foi para se contentar com o que é. A inteligência mecânica que definiu os computadores clássicos encontrou um novo paralelo na computação quântica. Historicamente projetados a partir de circuitos supercondutores, íons presos ou fótons, os qubits agora deram uma guinada inesperada no design. Um artigo recente da Science apresenta uma equipe da ETH Zürich que recentemente minou a convenção ao criar um qubit funcional a partir de uma combinação de ressonadores mecânicos, combinando o legado da computação com o futurismo que o quantum muitas vezes inspira.
Superando os Desafios dos Qubits Vibracionais
Quando criamos algo pela primeira vez, o seu design corre o risco de se tornar um modelo para tudo o que se segue, moldando a nossa imaginação e criando limites não intencionados, além dos quais as inovações futuras nem sempre poderão ir. Um qubit não precisa existir apenas em lustres dourados, mas pode ser qualquer sistema com dois estados quânticos diferentes de energias diferentes. Qubits supercondutores usam circuitos que transportam ondas contínuas, com estados de baixa e alta energia representando 0 e 1. Esses sistemas podem alternar perfeitamente entre regiões usando microondas bem ajustadas.
No entanto, traduzir este princípio em sistemas mecânicos não é uma questão trivial. De acordo com este artigo, a criação de um qubit mecânico não se mostrou impossível devido à separação de lacunas de energia em osciladores mecânicos. Tal espaço “ressonante” significa que a excitação de um estado excita os outros, tornando difícil isolar apenas dois estados para atuarem como um qubit.
A equipe da ETH Zürich abordou esse problema com um sistema híbrido que combina movimento funcional e controle quântico de supercondutores. A solução deles introduz a “anarmonicidade”, alterando os níveis de energia de espaços semelhantes e permitindo a separação de dois estados. Como observa o artigo, o desafio central reside em encontrar um equilíbrio entre reduzir suficientemente a anarmonicidade e, ao mesmo tempo, manter o estado mecânico do qubit.
Construindo um Qubit Mecânico Híbrido
Os pesquisadores da ETHZ usaram um sistema de duas partes. A primeira parte é um ressonador mecânico feito de nitreto de alumínio sobre cristal de safira. As vibrações causadas pelas tensões oscilantes podem continuar por milhões de ciclos, refletindo no cristal. A segunda parte é um qubit supercondutor em um chip de safira separado, empilhado acima do ressonador. Um circuito oscilante de corrente supercondutor cria vibrações quânticas em um oscilador mecânico.
Ao ajustar a frequência do qubit supercondutor para quase ressoar com o oscilador mecânico, a equipe criou um sistema híbrido onde os estados quânticos de ambos os componentes se sobrepõem. Esta interação perturba os níveis de energia igualmente espaçados, permitindo que os dois estados sejam separados como 0 e 1 do qubit. O sistema alcançou uma confiabilidade de 60% – bem abaixo da confiabilidade >99% dos materiais convencionais, mas ainda assim notável pela primeira vez. – dispositivo gentil.
Poder do Qubit Mecânico
Embora o qubit mecânico qubit não seja capaz de substituir os designs estabelecidos tão cedo, suas propriedades exclusivas podem torná-lo mais adequado em algumas situações. Por exemplo, sistemas mecânicos que podem ser úteis como sondas altamente sensíveis à detecção da gravidade podem escapar a outras tecnologias de qubit.
A equipe ETHZ planeja seguir em frente, esperando demonstrar desempenho lógico usando dois qubits mecânicos. Se for bem sucedido, o seu trabalho poderá ser usado para aprofundar a nossa compreensão da mecânica quântica e da sua ligação à gravidade.
Olhando para trás e para frente
O novo qubit mecânico pode não inspirar computadores quânticos steampunk em tamanho real tão cedo, mas está revitalizando a criatividade dos primeiros computadores. Ao combinar circuitos supercondutores avançados com componentes mecânicos vibrantes, a equipe da ETHZ contribuiu para o estado da pesquisa quântica, combinando inspiração clássica com inovação quântica.
Os autores que contribuíram para o estudo incluem Yu Yang, Igor Kladarić, Maxwell Drimmer, Uwe von Lüpke, Daan Lenterman, Joost Bus, Stefano Marti, Matteo Fadel e Yiwen Chu.
