Um portal qu\u00e2ntico entre \u00e1tomos e f\u00f3tons pode ajudar a ampliar computadores qu\u00e2nticos<\/span><\/i><\/p>\n Os computadores qu\u00e2nticos do futuro ser\u00e3o capazes de efetuar c\u00e1lculos que os computadores atuais n\u00e3o fazem. Entre eles, provavelmente se incluir\u00e1 a capacidade de decifrar a criptografia utilizada atualmente nas transa\u00e7\u00f5es eletr\u00f4nicas, bem como ser o meio de solucionar com efici\u00eancia problemas complexos em cujo n\u00famero de solu\u00e7\u00f5es poss\u00edveis aumenta exponencialmente. Pesquisas no laborat\u00f3rio de \u00f3ptica qu\u00e2ntica do Prof. Barak Dayan no Instituto Weizmann de Ci\u00eancias pode estar avan\u00e7ando o desenvolvimento desse tipo de computadores um passo \u00e0 frente com a cria\u00e7\u00e3o de \u201cportais qu\u00e2nticos\u201d, que s\u00e3o necess\u00e1rios \u00e0 comunica\u00e7\u00e3o dentro e entre os circuitos desses computadores qu\u00e2nticos. <\/span><\/p>\n Ao contr\u00e1rio dos atuais bits, que somente podem existir em dois estados poss\u00edveis \u2013 zero ou um \u2013 os bits qu\u00e2nticos, conhecidos como \u201cqubits\u201d, tamb\u00e9m podem existir em estados que correspondem a zero e um ao mesmo tempo. Esse recurso \u00e9 conhecido como sobreposi\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, e proporciona aos qubits uma margem extra, visto que os computadores que trabalham com esse tipo de bits s\u00e3o capazes de realizar diversos c\u00e1lculos em paralelo.\u00a0 <\/span><\/p>\n \u00a0Apenas um problema prejudica essa tecnologia: O estado de sobreposi\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica somente poder\u00e1 existir sem ser observado ou medido pelo mundo externo; se isto acontecer, todos os estados poss\u00edveis se convertem em um estado \u00fanico. Isto culmina em requisitos contradit\u00f3rios: Para os qubits existirem em diversos estados ao mesmo tempo, eles precisam estar claramente isolados e, simultaneamente, precisam interagir e se comunicar com muitos outros qubits. \u00c9 por isto que, apesar de diversos laborat\u00f3rios e empresas em todo o mundo j\u00e1 terem experimentado computadores qu\u00e2nticos de pequeno porte, com algumas dezenas de qubits, o desafio de ampliar essas m\u00e1quinas at\u00e9 os desejados milh\u00f5es de qubits ainda \u00e9 um enorme desafio cient\u00edfico e tecnol\u00f3gico.<\/span><\/p>\n Uma solu\u00e7\u00e3o promissora \u00e9 o uso de m\u00f3dulos isolados, com um volume pequeno e gerenci\u00e1vel de qubits, que podem se comunicar entre si quando necess\u00e1rio, por meio de conex\u00f5es \u00f3pticas. As informa\u00e7\u00f5es armazenadas em um qubit f\u00edsico (p. ex. um \u00fanico \u00e1tomo ou \u00edon) seriam ent\u00e3o transferidas para um \u201cqubit din\u00e2mico\u201d (ou \u201cvoador\u201d) \u2013 uma \u00fanica part\u00edcula de luz conhecida como f\u00f3ton. Esse f\u00f3ton pode ser enviado por fibras \u00f3pticas para um qubit f\u00edsico em um ponto distante, e transferir suas informa\u00e7\u00f5es sem que o ambiente detecte a natureza dessas informa\u00e7\u00f5es. O desafio da cria\u00e7\u00e3o desse tipo de sistema \u00e9 que um \u00fanico f\u00f3ton pode conter uma quantidade de energia \u00ednfima, e os min\u00fasculos sistemas que funcionam com qubits f\u00edsicos geralmente n\u00e3o interagem com a intensidade desejada com uma luz fraca. \u00a0\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n O laborat\u00f3rio de \u00f3ptica qu\u00e2ntica do Prof. Dayan no Instituto Weizmann de Ci\u00eancias \u00e9 um dos poucos no mundo com foco exclusivamente em enfrentar esse desafio cient\u00edfico. Suas instala\u00e7\u00f5es experimentais contam com \u00e1tomos \u00fanicos acoplados a ressonadores de s\u00edlica em microescala exclusivos; e os f\u00f3tons s\u00e3o enviados diretamente a esses \u00e1tomos, por meio de dutos de fibra \u00f3ptica especiais. Em experimentos anteriores, o Prof. Dayan e sua equipe comprovaram a capacidade de seu sistema de funcionar como um comutador ativado por um \u00fanico f\u00f3ton, assim como uma forma de \u201cextrair\u201d um \u00fanico f\u00f3ton de um feixe de luz. No presente estudo, publicado na <\/span>Nature Physics<\/span><\/i>, Dayan e sua equipe tiveram \u00eaxito \u2013 pela primeira vez \u2013 em gerar um portal l\u00f3gico em que um f\u00f3ton e um \u00e1tomo automaticamente trocavam as informa\u00e7\u00f5es que transportavam. <\/span><\/p>\n \u201cO f\u00f3ton transporta um qubit e o \u00e1tomo \u00e9 um segundo qubit” \u2013 explicou Dayan. \u201cToda vez que o f\u00f3ton e o \u00e1tomo se cruzam, eles trocam qubits entre si autom\u00e1tica e simultaneamente, e o f\u00f3ton prossegue em seu curso, agora levando os novos bits de informa\u00e7\u00e3o. Em mec\u00e2nica qu\u00e2ntica, as informa\u00e7\u00f5es n\u00e3o podem ser copiadas ou apagadas e essa convers\u00e3o de informa\u00e7\u00f5es \u00e9 em fato a unidade b\u00e1sica de leitura e grava\u00e7\u00e3o \u2013 o portal \u2018nativo\u2019 da comunica\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica”.<\/span><\/p>\n Esse tipo de portal l\u00f3gico \u2013 um portal de convers\u00e3o (SWAP) \u2013 pode ser utilizado para o interc\u00e2mbio de qubits, tanto nos circuitos de um computador qu\u00e2ntico quanto na comunica\u00e7\u00e3o entre computadores desse tipo. Como esse portal n\u00e3o requer controle ou sistema de gest\u00e3o externos, ele pode permitir o desenvolvimento de um equivalente de quantum para redes de integra\u00e7\u00e3o em grande escala (<\/span>Very Large-Scale Integration<\/span><\/i> – VLSI). \u201cO portal SWAP que propusemos se aplica \u00e0 comunica\u00e7\u00e3o fot\u00f4nica entre todos os tipos de qubits baseados em mat\u00e9ria \u2013 n\u00e3o apenas \u00e1tomos” \u2013 explicou Dayan. \u201cAcreditamos, portanto, que ele se tornar\u00e1 um bloco de constru\u00e7\u00e3o essencial para a pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de sistemas de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica”. \u00a0<\/span><\/p>\n