Portões de alta fidelidade portões conectam processadores quânticos supercondutores remotos

Os computadores quânticos mantêm o potencial de resolver alguns problemas de otimização e processamento de dados que não podem ser abordados pelos computadores clássicos. Muitas das plataformas de computação quântica mais promissoras desenvolvidas até agora são baseadas em qubits supercondutores, pequenos circuitos com base em materiais supercondutores.

Apesar de seu bom desempenho, a maioria dos processadores quânticos supercondutores ainda exibe limitações significativas que impedem seu aprimoramento e implantação. Isso inclui aglomeração de frequência (ou seja, uma interferência entre vários qubits com frequências de ressonância sobrepostas) e dificuldades associadas ao controle ou medição de vários qubits.

Para superar essas limitações, alguns físicos e engenheiros estão explorando a possibilidade de realizar a computação quântica distribuída, o que implica a conexão entre vários processadores menores que atuam como um sistema maior. Isso exigiria o estabelecimento dos chamados portões de enredar, instruções que atuam simultaneamente em dois ou mais qubits e os vinculam através do efeito mecânico quântico conhecido como emaranhamento.

Pesquisadores da Academia de Ciências da Informação Quântica de Pequim e da Academia Chinesa de Ciências introduziram recentemente uma nova abordagem para criar portões em enredar de alta fidelidade entre dois processadores quânticos distantes. Em um artigo recente, publicado em Cartas de revisão físicaeles relataram a realização de portões de alta fidelidade entre dois processadores de 30 cm de distância.

“Este trabalho se originou de uma pergunta colocada pelo Dr. Fei Yan (um dos co-autores) no ano passado”, disse Wen-Gang Zhang, co-autor do artigo, ao Phys.org. “Ele perguntou: ‘Podemos perceber um portão de emissão de dois quits entre dois chips quânticos remotos?’

“Como observado no artigo, as conexões remotas entre chips quânticas foram demonstradas anteriormente. No entanto, essas implementações invariavelmente confiaram na transferência de estado quântico (QST), um processo inerentemente inadequado para a computação quântica baseada em circuito. Em outras palavras, o QST não pode ativar diretamente a computação quântica common”.

O principal objetivo do estudo recente da equipe foi superar as limitações das abordagens baseadas em QST para realizar portões de enredar entre chips quânticos remotos. Notavelmente, os pesquisadores foram capazes de realizar dois portões amplamente utilizados de dois quits, conhecidos como CNOT e CZ.

“Percebemos os portões de enredar de dois quits (emaranhado perfeito) utilizando o efeito de ressonância cruzada”, explicou Zhang. “O efeito é amplamente utilizado para realizar portões de enredar entre Qubits supercondutores que estão próximos no mesmo chip. Nessas obras, os qubits são acoplados por capacitores entre eles. Nossa idéia é que o oscilador harmônico linear também possa ser usado para acoplar dois qubits, e um longo cabo de microondas pode ser considerado uma cavidade de microondas “.

Como parte de seu estudo, os pesquisadores exploraram a possibilidade de usar um cabo de microondas para acoplar qubits remotos. Posteriormente, eles aproveitaram um efeito conhecido como ‘efeito cruzado’ para realizar os portões desejados de enredar.

“Este trabalho demonstra o primeiro portão direto de dois quits entre diferentes chips quânticos com uma fidelidade tão alta”, disse Zhang. “Notavelmente, o protocolo é notavelmente simples de implementar, não exigindo linhas adicionais de qubits ou controle. Acreditamos que este será um bloco de construção essential para a computação quântica distribuída”.

Este trabalho recente de Zhang e seus colegas poderá em breve abrir novas possibilidades emocionantes para a realização do processamento de informações quânticas universais e distribuídas. No futuro, os métodos empregados como parte deste estudo também poderiam ser usados ​​para acoplar qubits no mesmo chip quântico, potencialmente também permitindo a implementação de códigos de correção de erros quânticos LDPC (ou seja, códigos projetados para detectar e corrigir erros cometidos por computadores quantum).

“Até agora, percebemos uma demonstração simples do portão de enredamento de dois quits entre dois chips remotos”, acrescentou Zhang. “No futuro, planejamos fabricar alguns chips maiores que contêm ~ 100 qubits e os envolvem para finalmente atingir o objetivo de computação quântica distribuída. chip. Queremos fazê-lo plug-in e jogar para que possamos substituir um dos chips sem tirar todo o sistema da geladeira de diluição “.

© 2025 Science X Community