Computador quântico acústico: Qubit é controlado com som
Esquema (em cima) e foto do circuito em que o qubit transmônio é controlado com ondas sonoras.
[Imagem: Aleksey N. Bolgar et al. - 10.1103/PhysRevLett.120.223603]
Qubit controlado com som
Existem diversos tipos de candidatos a bits dos computadores quânticos, de componentes supercondutores a aglomerados de átomos ultrafrios.
Esses qubits são tipicamente controlados por eletricidade, magnetismo ou por interações com a luz.
Agora surgiu um novo competidor na área: um qubit controlado por uma onda sonora.
O bit quântico interage com um ressonador acústico, o que permite que os interessantes e promissores efeitos quânticos da luz sejam estudados em ondas sonoras.
E Aleksey Bolgar e seus colegas da Rússia e da Grã-Bretanha acreditam que ele permitirá operar os cálculos em um futuro computador quântico de forma mais estável e exigindo equipamentos mais compactos - como as ondas acústicas propagam-se 100.000 vezes mais devagar que a luz, seu comprimento de onda é proporcionalmente menor.
E o conceito ainda pode ser um passo intermediário rumo à computação baseada em fônons e seus phi-bits.
"Anteriormente, ressonadores deste tipo foram estudados, mas sem um qubit. Da mesma forma, os qubits com ondas acústicas superficiais foram estudados, mas com ondas passantes, sem ressonador. O regime quântico foi demonstrado em ressonadores maciços, mas isso não foi longe, talvez devido a dificuldades na fabricação. Nós somos os primeiros a demonstrar uma interação entre um qubit e um ressonador de onda acústica superficial no regime quântico. Usamos uma estrutura planar fabricada com tecnologias existentes," disse Bolgar.
Transmônio
Os pesquisadores estudaram a interação de seu aparato com um qubit supercondutor, conhecido como transmônio. O transmônio se comporta como um átomo artificial, isto é, tem vários níveis de energia e sofre transições entre eles.
A abordagem convencional por micro-ondas é ter um chip contendo tanto o qubit como um ressonador de micro-ondas que sustenta e amplifica a onda. Nesta nova configuração, o qubit pode interagir com o ressonador, seja absorvendo um fóton dele e entrando em um estado excitado, ou emitindo um fóton e retornando ao estado fundamental, contanto que a frequência do fóton corresponda à frequência de transição do qubit. A frequência de ressonância do próprio ressonador varia dependendo do estado do qubit. Portanto, alterando as características do ressonador, é possível ler informações do qubit.
Em termos mais fundamentais, o protótipo demonstra que os fenômenos e efeitos da óptica quântica aplicam-se igualmente à acústica.
Rumo a um novo conceito de computado quântico, o objetivo foi comprovar que o qubit pode interagir com o ressonador, tornando-se excitado e relaxado como um sistema quântico. O experimento foi realizado em um criostato sob temperaturas perto do zero absoluto.
Artigo: Quantum Regime of a Two-Dimensional Phonon Cavity
Autores: Aleksey N. Bolgar, Julia I. Zotova, Daniil D. Kirichenko, Ilia S. Besedin, Aleksander V. Semenov, Rais S. Shaikhaidarov, Oleg V. Astafiev