Quebra de 20 qubits para criar o “gato de Schrödinger” no laboratório

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Prolongar / Na computação quântica, um estado de gato é um estado quântico composto de duas condições diametralmente opostas simultaneamente. Os físicos conseguiram colocar 20 bits quânticos entrelaçados em tal estado de superposição.

Forschungszentrum Jülich / Annette Stettien

gato de Schrodinger é possivelmente o mais famoso paradoxo da física, e versões rudimentares do mundo real foram construídas em laboratório. Agora uma equipe de físicos alemães estabeleceu um novo recorde construindo um "gato" quântico a partir de 20 qubits emaranhados, como descrito em um artigo recente em Ciência. Um segundo grupo de pesquisadores chineses fez o mesmo com sucesso com 18 qubits. O recorde anterior, estabelecido em 2011, foi de 14 qubits.

Erwin Schrödinger originalmente propôs seu experimento mental para ilustrar o absurdo inato da mecânica quântica. Ele imaginou colocar um gato hipotético em uma caixa contendo uma substância radioativa, um detector para detectar qualquer radiação emitida e um letal frasco de veneno. Se a substância radioativa decair, o detector acionará a liberação do veneno e o gato morrerá. Se isso não acontecer, o gato continua vivo. Mas uma interpretação estrita da mecânica quântica sustenta que até que alguém abra a caixa para ver o que aconteceu, o gato existe em um superposição de estadosambos vivos e mortos.

É realmente possível construir uma versão do gato de Schrödinger no laboratório. É mais um quantum "estado do gato, "em que duas ou mais partículas conseguem estar em dois estados diferentes ao mesmo tempo. Em 2005, por exemplo, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia criaram um estado quântico de seis átomos em simultâneo. "girar para cima" e "girar para baixo" estados – mais ou menos como girar no sentido horário e anti-horário ao mesmo tempo. Outros grupos fizeram o mesmo com os fótons.

Em 2016, físicos da Universidade de Yale colocar um novo toque no estado quântico do gato, criando um sistema onde os fótons não estavam apenas em uma superposição de estados, mas também emaranhados – o que Einstein notoriamente chamou de "assustador". ação à distância, "porque mudar o estado de um mudará o estado do outro. Em outras palavras, o" gato "quântico vive e morre em duas caixas de uma só vez.

Os átomos de rubídio são capturados por raios laser (vermelho). Outro laser adicional (azul) excita cerca de metade dos átomos a tal ponto que suas conchas atômicas se fundem com os átomos adjacentes. "Src =" https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2019/08/ catstate1-640x381.jpg "width =" 640 "height =" 381 "srcset =" https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2019/08/catstate1.jpg 2x
Prolongar / Os átomos de rubídio são capturados por raios laser (vermelho). Outro laser adicional (azul) excita cerca de metade dos átomos a tal ponto que suas conchas atômicas se fundem com os átomos adjacentes.

Forschungszentrum Jülich / Tobias Schlößer

Isso tem implicações importantes para a computação quântica, já que é o primeiro passo para construir uma operação lógica entre dois qubits. (Isso também permitiria a correção de erros.) Mas esses estados de gato emaranhados são muito frágeis. A menor interferência ou interferência externa fará com que o sistema "desabone", e o estado entrelaçado será perdido.

O estado do gato

"Qubits no estado cat são considerados extremamente importantes para o desenvolvimento de tecnologias quânticas" disse o co-autor Jian Cui, físico do Instituto Peter Grünberg em Jülich (PGI-8). "O segredo da enorme eficiência e desempenho esperados dos futuros computadores quânticos pode ser encontrado nesta superposição de estados."

Naturalmente, ele e seus colegas estavam dispostos a expandir o número de possíveis qubits de estado de gato entrelaçados. A equipe usou um simulador quântico baseado em matrizes de átomos de Rydberg. "Átomos de Rydberg"são átomos que estão em um estado especialmente excitado bem acima de seu estado fundamental, de tal forma que os elétrons estão distantes do núcleo. Eles usaram pinças ópticas para capturar e manter átomos de rubídio no lugar, então zapped os átomos com outro laser para aumentá-los para o estado de Rydberg.

"Nós inflamos praticamente alguns átomos de tal forma que suas conchas atômicas se fundem com os átomos adjacentes para formar simultaneamente duas configurações opostas, ou seja, excitações que ocupam todos os locais pares ou ímpares". disse Cui. "Isso vai tão longe que as funções de onda se sobrepõem como na analogia do gato de Schrödinger e fomos capazes de criar a superposição das configurações opostas".

O truque para evitar a descoerência até que eles pudessem medir o estado de gato: desligando e ligando os lasers na taxa certa para acelerar o processo de preparação. A vantagem obtida com os 20 qubits de estado de gato entrelaçados que eles alcançaram se traduz em mais de um milhão de estados sobrepostos. Em última análise, os físicos gostariam de atingir 300 qubits emaranhados, que poderiam armazenar mais números do que – bem, praticamente todas as partículas do universo. Eles têm um longo caminho a percorrer antes de atingir esse objetivo, mas este é um passo fundamental para a frente.

DOI: Ciência2019 10.1126 / science.aax9743 (Sobre o DOIs).

Fonte: Ars Technica