Novas pesquisas sobre computação quântica forneceram um registro de emaranhamento quântico que prova que estamos no caminho certo para a computação pós-NISQ (Noisy-Intermediate Scale Quantum). A nova pesquisa, liderada por Xiao-bo Zhu na Universidade de Ciência e Tecnologia da China, resultou em um emaranhado recorde de 51 qubits (a computação quântica equivalente a transistores), uma capacidade necessária para desbloquear a computação quântica probabilística que promete fornecer um salto quantitativo nas capacidades de processamento da humanidade.
Zuchongzhi, o computador quântico usado para obter os resultados dos experimentos, contém 66 qubits supercondutores – a mesma tecnologia qubit apoiada pela IBM e várias outras empresas importantes no espaço da computação quântica. Esta é a mesma tecnologia na qual a IBM alcançou recentemente a utilidade quântica por meio de sua Eagle QPU (Unidade de Processamento Quântico) de 127 qubits, mostrando a vários participantes que há uma vida particular acontecendo no espaço qubit supercondutor.
Depois de resfriar os qubits supercondutores até o zero absoluto necessário do espaço sideral (-273,15 graus Celsius, -459,67 graus Fahrenheit), os pesquisadores então controlaram e ajustaram os estados dos qubits usando microondas, que interagiram com os campos magnéticos dos qubits para manipulá-los no estado de emaranhamento. Isso era necessário para que os qubits fossem organizados em sequências específicas (ou portas lógicas), as estruturas quânticas equivalentes construídas a partir de transistores para formar um núcleo de CPU na computação padrão, por exemplo. Isso permitiu que os cientistas executassem operações que alterassem os estados dos qubits muitos pares por vez, em vez de um mero campo de conexão um-para-um. Essas técnicas permitiram que os cientistas enredassem com sucesso 51 qubits (arranjados em uma linha) e 30 qubits menores, mas ainda um recorde, dispostos em um plano bidimensional.
Charles Hill, pesquisador da Universidade de New South Wales, na Austrália, é talvez um dos cientistas mais qualificados para comentar os resultados. Hill esteve envolvido em pesquisas semelhantes e teve como objetivo provar um emaranhado “em rede” semelhante entre até 65 qubits.
O emaranhamento talvez seja melhor entendido como significando que os qubits se tornam emaranhados de tal forma que é impossível descrever um único qubit sem ser capaz de descrever todos os outros e como eles se relacionam: é essencialmente um sistema único, um nó sem qualquer suspensão tópicos.
Em comentários fornecidos à New Scientist, Hill descreveu o emaranhamento como “… uma das principais diferenças entre computadores convencionais e computadores quânticos, e é um ingrediente-chave em algoritmos quânticos. Demonstrar um grande número de qubits emaranhados é uma referência importante para um computador quântico”.
Na época de sua pesquisa, a equipe de Hill não conseguiu provar o emaranhamento estendido entre os qubits como um grupo e não apenas entre pares vinculados, a mesma dificuldade de verificação que Zhu encontrou (e superou) com o Zuchongzhi QPU.
É relativamente frequente desenvolvermos novas ferramentas ou novas formas de olhar para objetos – ou interações entre objetos. Nesse caso, pode ser que o problema que Hill encontrou com seu experimento de emaranhamento de 65 qubits não tenha nada a ver com o emaranhamento em si; apenas que talvez as técnicas disponíveis para verificar seus resultados não fossem capazes de fornecer uma resposta convincente. A equipe de Zhu teve que desenvolver um novo protocolo de detecção para verificar o emaranhamento do grupo, algo que certamente será examinado por completo pela comunidade de computação quântica. Afinal, não é todo dia que a promessa de emaranhar centenas de qubits vem à tona.
Enredar grupos de qubits é uma das muitas oportunidades de pesquisa intermediárias que os cientistas quânticos estão buscando, desde a tentativa de aumentar a fidelidade computacional por meio da mitigação de erros e, talvez, correção quântica de erros, até encontrar maneiras inteligentes de prever como o ruído destruirá seus qubits e essencialmente anulando seus efeitos.
Espera-se que 51 qubits emaranhados não nos permitam romper a barreira da vantagem quântica – pelo menos não até que o dimensionamento tenha um pouco mais de tempo para fazer seu trabalho. Mas com a IBM nos mostrando recentemente que a utilidade já pode ser extraída de nossos computadores quânticos da era atual, não está fora do reino da probabilidade que 51 qubits emaranhados desbloqueie uma determinada resposta que talvez nem saibamos a pergunta ainda.