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Projeto para qubits tolerantes a falhas: os cientistas da Forschungszentrum Jülich e da RWTH Aachen University projetaram um circuito para computadores quânticos que é naturalmente protegido contra erros comuns

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Implementação de hardware proposta do código QEC. O circuito consiste em duas junções Josephson acopladas por um girador, destacadas em vermelho. CRÉDITO M. Rymarz et al., Phys Rev X (2021), https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011032 (CC BY 4.0)
Implementação de hardware proposta do código QEC. O circuito consiste em duas junções Josephson acopladas por um girador, destacadas em vermelho. CRÉDITO
M. Rymarz et al., Phys Rev X (2021), https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011032 (CC BY 4.0)

Abstrato:
Construir um computador quântico universal é uma tarefa desafiadora por causa da fragilidade dos bits quânticos, ou qubits, para abreviar. Para lidar com esse problema, vários tipos de correção de erros foram desenvolvidos. Os métodos convencionais fazem isso por meio de técnicas de correção ativa. Em contraste, pesquisadores liderados pelo Prof. David DiVincenzo de Forschungszentrum Jülich e RWTH Aachen University, juntamente com parceiros da Universidade de Basel e QuTech Delft, agora propuseram um projeto para um circuito com correção de erro passiva. Tal circuito já estaria inerentemente protegido contra falhas e poderia acelerar significativamente a construção de um computador quântico com um grande número de qubits.

Projeto para qubits tolerantes a falhas: os cientistas da Forschungszentrum Jülich e da RWTH Aachen University projetaram um circuito para computadores quânticos que é naturalmente protegido contra erros comuns


Jülich, Alemanha | Postado em 19 de fevereiro de 2021

A fim de codificar a informação quântica de uma forma confiável, geralmente, vários qubits imperfeitos são combinados para formar o chamado qubit lógico. Os códigos de correção de erros quânticos, ou abreviadamente, códigos QEC, possibilitam detectar erros e, posteriormente, corrigi-los, de modo que a informação quântica seja preservada por um período mais longo.

Em princípio, as técnicas funcionam de maneira semelhante ao cancelamento de ruído ativo em fones de ouvido: em uma primeira etapa, qualquer falha é detectada. Em seguida, uma operação corretiva é executada para remover o erro e restaurar as informações à sua forma pura original.

No entanto, a aplicação dessa correção de erro ativa em um computador quântico é muito complexa e vem com um uso extensivo de hardware. Normalmente, a eletrônica de correção de erros complexa é necessária para cada qubit, tornando difícil construir circuitos com muitos qubits, conforme necessário para construir um computador quântico universal.

O projeto proposto para um circuito supercondutor, por outro lado, possui uma espécie de correção de erros embutida. O circuito é projetado de forma que já esteja inerentemente protegido contra ruído ambiental, embora ainda seja controlável. O conceito, portanto, ignora a necessidade de estabilização ativa de uma maneira altamente eficiente em termos de hardware e, portanto, seria um candidato promissor para um futuro processador quântico de grande escala com um grande número de qubits.

“Ao implementar um girador - um dispositivo de duas portas que acopla a corrente em uma porta à tensão na outra - entre dois dispositivos supercondutores (chamados de junções Josephson), poderíamos dispensar a demanda de detecção e estabilização de erro ativo: quando resfriado, o qubit é inerentemente protegido contra tipos comuns de ruído ”, disse Martin Rymarz, estudante de doutorado no grupo de David DiVincenzo e primeiro autor do artigo, publicado na Physical Review X.

“Espero que nosso trabalho inspire esforços no laboratório; Reconheço que esta, como muitas de nossas propostas, pode estar um pouco à frente de seu tempo ”, disse David DiVincenzo, Diretor Fundador do JARA-Institute for Quantum Information da RWTH Aachen University e Diretor do Institute of Theoretical Nanoelectronics (PGI- 2) em Forschungszentrum Jülich. “No entanto, dada a experiência profissional disponível, reconhecemos a possibilidade de testar nossa proposta em laboratório em um futuro próximo”.

David DiVincenzo é considerado um pioneiro no desenvolvimento de computadores quânticos. Entre outras coisas, seu nome está associado aos critérios que um computador quântico deve cumprir, os chamados “critérios de DiVincenzo”.

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Fonte: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=56567

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