Caltech constrói o maior computador quântico de átomo neutro do mundo

Os físicos da Caltech criaram o maior computador quântico de átomo neutro até o momento, prendendo 6.100 átomos de césio como qubits em uma única matriz. O resultado, publicado em Natureza Na quinta -feira, representa um aumento significativo em relação às matrizes anteriores, que continham apenas centenas de qubits.

Os pesquisadores escalaram seu sistema das centenas de qubits típicos em experimentos anteriores para mais de 6.000, mantendo a estabilidade e a precisão nos níveis necessários para as máquinas práticas.

A equipe disse que alcançou tempos de coerência de cerca de 13 segundos-quase 10 vezes mais do que os experimentos anteriores-enquanto realizam operações de um quitel único com 99,98% de precisão.

Um qubit, ou bit quântico, é a unidade fundamental de informação em um computador quântico. Ao contrário de um bit clássico – que pode ser um 0 ou 1 – um qubit pode existir em um sobreposição de ambos os estados ao mesmo tempo, permitindo que ele realize muitos cálculos em paralelo. O desafio é manter esse delicado estado estável o suficiente para executar cálculos.

Essa estabilidade é chamada de “coerência”, e é constantemente ameaçada por campos eletromagnéticos de ruído, calor ou barragem. Quanto mais um qubit permanece coerente, mais complexos e confiáveis ​​são as operações, um processador quântico pode executar antes que os erros entrem.

“Este é um momento emocionante para a computação quântica de átomos neutros”, disse o professor de física e investigador principal do projeto, Manuel Endres, em comunicado. “Agora podemos ver um caminho para grandes computadores quânticos corrigidos por erros. Os blocos de construção estão no lugar”.

No entanto, de acordo com a estudante de pós -graduação da Caltech, Elie Bataille, que trabalhou no projeto, a quantidade de tempo é apenas um fator no processo quântico.

“O que você precisa é de um longo tempo de coerência em comparação com a duração de suas operações”, disse Bataille à Descriptografar. “Se suas operações são um microssegundo e você terá um segundo tempo de coerência, isso significa que você pode fazer cerca de um milhão de operações”.

Escalando sem sacrificar a fidelidade

Os pesquisadores usaram “pinças ópticas”, que são feixes de luz altamente focados, para agarrar e posicionar átomos individuais. Ao dividir um único laser em 12.000 dessas pequenas armadilhas de luz, elas foram capazes de manter 6.100 átomos constantes dentro de uma câmara de vácuo.

“Se você usar um laser no comprimento de onda certo, pode tornar a luz atraente para o átomo, criando uma armadilha”, disse Bataille. “Se você limitar seu feixe de luz a um ponto muito pequeno, sobre um micrômetro, poderá atrair e prender muitos átomos.”

A equipe mostrou que eles poderiam mover átomos dentro da matriz sem quebrar seu frágil estado quântico, conhecido como superposição. Essa capacidade de mudar os qubits, mantendo -os estáveis, pode facilitar a corrigindo os erros em futuros computadores quânticos.

Os sistemas quânticos de átomo neutro estão ganhando atenção como concorrentes viáveis ​​para circuitos supercondutores e plataformas de íons presos. Uma de suas vantagens únicas é a reconfigurabilidade física: os átomos podem ser reorganizados durante um cálculo usando armadilhas ópticas móveis, o que fornece conectividade dinâmica que as topologias rígidas de hardware lutam para corresponder. Até agora, a maioria dos matrizes de átomos neutros continha apenas centenas de qubits, fazendo com que o marco de 6.100 quitões da Caltech um grande passo adiante.

Uma raça global

O resultado chega como empresas e laboratórios em todo o mundo, as máquinas quânticas. A IBM prometeu um computador supercondutor de 100.000 quits até 2033, enquanto empresas como IONQ e Quera estão desenvolvendo abordagens de armadilha de íons e átomos neutros. O Quantinuum, com sede no Colorado, visa fornecer um computador quântico totalmente tolerante a falhas até 2029.

O próximo marco é demonstrar correção de erros em escala, o que exigirá codificação de qubits lógicos de milhares de físicos. Isso é crítico para que os computadores quânticos resolvam problemas práticos em química, materiais e além.

“Um computador tradicional comete um erro a cada 10 a 17 operações”, disse Bataille. “Um computador quântico não está nem perto disso, e não esperamos atingir esse nível apenas com hardware.”

A equipe da Caltech planeja vincular qubits por meio de emaranhamento, uma etapa necessária para a execução de cálculos quânticos em larga escala.

Embora a matriz de 6.100 quits da Caltech ainda não forneça um computador quântico prático, combinando escala, precisão e coerência em um sistema, ele define uma nova referência e fortalece o caso de átomos neutros como uma plataforma líder em computação quântica.