Os computadores quânticos deixaram de ser apenas um conceito futurista e hoje são objeto de intensos estudos e investimentos por algumas das maiores empresas de tecnologia do mundo. Embora ainda estejam em estágios iniciais, espera-se que essas máquinas revolucionem a maneira como os dados são processados, atingindo velocidades e capacidades inatingíveis pelos computadores convencionais. Além disso, podem solucionar problemas matemáticos complexos e tornar acessível uma realidade quântica que, por enquanto, permanece majoritariamente teórica.
Diferentemente dos computadores tradicionais, que operam com bits (0 ou 1), os computadores quânticos utilizam cúbits, que podem existir simultaneamente em ambos os estados, graças ao fenômeno da superposição. No entanto, essa tecnologia enfrenta um grande obstáculo: os cúbits são extremamente sensíveis ao ambiente e perdem os dados armazenados em frações de segundo.
O avanço revolucionário da memória quântica
Um novo estudo conduzido pelos cientistas Or Katz e Roy Shaham, do grupo do Dr. Ofer Firstenberg, no Instituto Weizmann de Ciências, em parceria com a Rafael Advanced Defense Systems Ltd., propôs uma solução inovadora para prolongar significativamente a retenção de dados nos cúbits.
Os sistemas quânticos são estudados há mais de duas décadas como potenciais meios de armazenamento de dados devido a uma característica única dos elétrons e de outras partículas fundamentais: seus spins. O spin representa o movimento de rotação de um elétron em torno de seu eixo e pode ser estável sob certas condições, permitindo que se defina uma direção de rotação, no sentido horário ou anti-horário. Quando dois átomos colidem, seus spins podem permanecer inalterados ou trocar de direção, funcionando, assim, como um sistema binário de armazenamento de informações.
Para converter a memória atômica em memória quântica, os cientistas utilizaram um feixe de laser contendo um único fóton em superposição, direcionado para uma célula de vidro selada com bilhões de átomos em estado gasoso. Esse processo altera o spin de um elétron sem que seja detectado. Posteriormente, os átomos podem ser excitados para que o elétron de spin invertido emita um novo fóton na mesma trajetória do feixe original, mas deslocado de sua fonte. Esse sistema cria uma unidade de memória quântica com uma durabilidade consideravelmente maior, ainda que limitada a algumas frações de segundo.
Uma nova abordagem para prolongar a vida útil dos cúbits
Os cientistas do Instituto Weizmann sugeriram que o uso de uma combinação inovadora de gases poderia aumentar drasticamente a longevidade da memória quântica. O sistema utiliza dois tipos de gases: um gás alcalino, como o rubídio ou potássio, e um gás nobre raro, como o hélio-3. O gás alcalino recebe as informações armazenadas nos fótons e, por meio de colisões, transfere esses dados para o gás nobre.
Embora os elétrons dos gases nobres raros não possuam spin, seus núcleos atômicos têm e podem mantê-lo por períodos muito mais longos – potencialmente meses. Para recuperar as informações armazenadas, o gás alcalino é novamente excitado, transferindo os dados do gás nobre de volta para fótons, que podem ser lidos por sistemas quânticos.
Em um artigo publicado em 2021, pesquisadores do grupo de Firstenberg demonstraram a relação bidirecional entre os fótons e o spin dos núcleos atômicos. Isso abriu caminho para um sistema de memória quântica de maior estabilidade e eficiência.
O desafio da estabilidade e o futuro da computação quântica
Os cientistas avaliam que, embora a transferência de informação clássica entre os elétrons do gás alcalino e os núcleos do gás nobre seja relativamente lenta, a transmissão de dados quânticos pode ser significativamente mais rápida. Para isso, é necessário estabelecer um canal de comunicação eficiente entre um fóton, um elétron do gás alcalino e um núcleo do gás nobre, sem depender da identidade específica de cada átomo envolvido no processo.
Em um estudo recente, os pesquisadores demonstraram um modelo otimizado para essa transferência, abrindo portas para o desenvolvimento de um sistema de memória quântica altamente estável. No entanto, o caminho até a realização plena dessa tecnologia ainda é longo. Estudos teóricos e experimentais continuam impulsionando a inovação nesse campo, com o objetivo de aprimorar a comunicação entre computadores quânticos por meio de fótons.
Vários grupos de pesquisa seguem essa linha de investigação, enfrentando o grande desafio de manter os cúbits estáveis por períodos mais longos. Apesar dos obstáculos, os avanços recentes indicam que a computação quântica pode estar cada vez mais próxima de uma revolução tecnológica que transformará a forma como armazenamos e processamos informações.
A pesquisa do Dr. Ofer Firstenberg conta com o apoio do Laboratório em Memória de Leon e Blacky Broder.
Fonte: Infobae
