Computação quântica: cientistas avançam no controle quântico da luz

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, obtiveram um avanço sem precedentes no controle quântico dos fótons, os quanta, ou pacotes discretos de energia da luz. O resultado é significativo para a computação quântica e poderá eventualmente ter implicações na segurança das transações bancárias, no projeto de novos medicamentos e em outras aplicações.

Quebrando códigos criptográficos

Os governos são particularmente interessados na computação quântica por causa da forma como os bancos, e demais comunicações sigilosas, criptografam os dados atualmente. Utilizando grandes números, com centenas de dígitos, os códigos de criptografia são alterados diariamente e levaria anos de processamento na computação tradicional para quebrá-los. A computação quântica poderá potencialmente quebrar esses códigos rapidamente, destruindo os atuais esquemas de criptografia.

Armadilha de luz

Em um artigo publicado na revista Nature, os físicos Max Hofheinz, John Martinis e Andrew Cleland relatam como eles usaram um circuito eletrônico supercondutor, conhecido como qubit de fase Josephson, para preparar estados quânticos absolutamente incomuns utilizando fótons na frequência das micro-ondas. O avanço é resultado de um trabalho que se estendeu por quatro anos.

Nos experimentos, os fótons foram armazenados em uma cavidade de micro-ondas, uma "armadilha de luz", na qual a luz fica saltando de um lado para o outro entre dois espelhos. Em um trabalho anterior, os mesmos pesquisadores mostraram ser possível criar e armazenar fótons, um de cada vez, chegando a até 15 fótons armazenados ao mesmo tempo em uma única armadilha de luz - veja Componente de computador quântico é demonstrado pela primeira vez.

Simultaneidade dos estados quânticos

A nova pesquisa demonstra que é possível criar estados nos quais a armadilha de luz tem diferentes números de fótons em seu interior, ao mesmo tempo. Por exemplo, ela pode ter, simultaneamente, zero, três e seis fótons.

A medição do estado quântico por meio da contagem dos fótons armazenados força a armadilha a "decidir" quantos fótons há em seu interior; mas, antes da contagem, a armadilha de luz existe em uma superposição quântica, com todos os três resultados sendo possíveis.

Tentando explicar a simultaneidade paradoxal dos estados quânticos, Cleland afirma que é como ter um pedaço de bolo e comê-lo - não uma coisa depois da outra, mas as duas ao mesmo tempo.

"Esses estados superpostos são um conceito fundamental na mecânica quântica, mas esta é a primeira vez que eles foram criados com luz de forma controlada," explica Cleland.

Conversor quântico digital para analógico

"Pode-se pensar nesse experimento como um conversor quântico digital-para-analógico," complementa Martinis. Como os conversores digital-para-analógico são componentes-chave nos equipamentos clássicos de comunicação - por exemplo, produzindo as ondas sonoras em um telefone celular - este experimento poderá permitir a criação de protocolos de comunicação mais avançados para a transmissão de informações quânticas.

Os cientistas afirmaram que sua pesquisa é um passo importante para a construção de um computador quântico, que terá aplicações na criptografia de dados e na solução e na simulação de problemas difíceis demais para serem domados pelos computadores tradicionais.

Fonte: Gail Gallessich