Computação quântica: qubits supercondutores passaram em um teste quântico chave

Um teste de Bell pode confirmar se dois sistemas estão realmente emaranhados - agora foi usado para confirmar o emaranhamento entre qubits em circuitos supercondutores

Por Leah Crane

10 de maio de 2023

Um computador quântico IBM que usa qubits supercondutores

IBM

Pela primeira vez, um circuito supercondutor passou no teste de Bell, o principal teste em física para confirmar o comportamento quântico de um sistema. Esses circuitos são usados ​​em computadores quânticos, e esse teste prova que seus bits quânticos estão realmente emaranhados.

Quando duas partículas estão emaranhadas, medir as características de uma afeta instantaneamente as características medidas da outra no que é chamado de correlação não local. Quando isso acontece, significa que os efeitos do emaranhamento devem viajar mais rápido que a luz. O teste para esse estranho efeito quântico é chamado de desigualdade de Bell, que estabelece um limite para a frequência com que as partículas podem acabar no mesmo estado por acaso, sem a presença de emaranhamento real. Violar a desigualdade de Bell é a prova de que um par de partículas está, de fato, emaranhado.

Testes de sino foram realizados em muitos sistemas, mas nunca em um circuito supercondutor. Para o teste, os dois sistemas emaranhados devem estar distantes o suficiente para que um sinal não possa viajar entre eles na velocidade da luz no tempo necessário para medir os dois sistemas. Isso é difícil de testar em um circuito supercondutor, porque tudo precisa ser mantido em temperaturas próximas ao zero absoluto. Pela primeira vez, Simon Storz, do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique, e seus colegas conseguiram realizar um teste de Bell em tal circuito.

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O experimento quântico que poderia provar a realidade não existe

Eles conectaram as duas partes emaranhadas do circuito, chamadas de bits quânticos ou qubits, usando micro-ondas enviadas por um tubo de alumínio resfriado de 30 metros de comprimento, enquanto mantinham cada qubit em seu próprio refrigerador individual. Eles então usaram um gerador de números aleatórios para decidir que tipo de medição fazer nos qubits para evitar qualquer viés humano.

Os pesquisadores fizeram mais de 4 milhões de medições a uma taxa de 12.500 medições por segundo – uma velocidade necessária para garantir que cada par de medições ocorresse mais rápido do que a luz poderia percorrer o tubo entre os dois qubits. Analisando todos esses pontos de dados juntos, eles descobriram com alta certeza que a desigualdade de Bell foi violada e os qubits estavam realmente passando pelo que Albert Einstein chamou de "ação assustadora à distância", como era esperado.

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“O teste confirma a capacidade da plataforma de explorar esses recursos quânticos exclusivos para aplicações tecnológicas”, diz Storz. O sucesso de conectar os qubits em 30 metros é particularmente promissor para computação quântica e criptografia, diz ele. “Este é um caminho potencial para ampliar computadores quânticos baseados em circuitos supercondutores, por exemplo, em futuros centros semelhantes a supercomputadores quânticos”.

Referência do jornal:

Natureza DOI: 10.1038/s41586-023-05885-0

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