Qubits de Majorana decodificados na descoberta da computação quântica
“Este é um avanço crucial”, diz Ramón Aguado, pesquisador do CSIC no Instituto de Ciência dos Materiais de Madrid (ICMM) e co-autor do estudo. Ele explica que a equipe recuperou com sucesso informações armazenadas em qubits de Majorana aplicando uma técnica conhecida como capacitância quântica. Segundo Aguado, este método funciona como “uma sonda global sensível ao estado geral do sistema”, permitindo aos cientistas aceder a informações que antes eram difíceis de observar.
Para esclarecer a importância do resultado, Aguado descreve os qubits topológicos como “como caixas seguras para informações quânticas”. Em vez de manter os dados em um local fixo, esses qubits espalham informações por dois estados quânticos vinculados, chamados modos zero de Majorana. Por serem distribuídos dessa forma, os dados ganham proteção natural.
Essa estrutura torna os qubits topológicos especialmente atraentes para a computação quântica. “Eles são inerentemente robustos contra ruídos locais que produzem decoerência, pois para corromper a informação uma falha teria que afetar o sistema globalmente”, explica Aguado. No entanto, esse mesmo recurso protetor representou um grande desafio para os pesquisadores. Como ele observa, “essa mesma virtude tornou-se seu calcanhar de Aquiles experimental: como você “lê” ou “detecta” uma propriedade que não reside em nenhum ponto específico?”
Construindo a Cadeia Mínima Kitaev
Para superar esse obstáculo, a equipe projetou uma nanoestrutura modular montada a partir de pequenos componentes, semelhante à construção com blocos de Lego. Este dispositivo, denominado cadeia mínima de Kitaev, consiste em dois pontos quânticos semicondutores conectados através de um supercondutor.
Aguado explica que essa abordagem permite aos pesquisadores construir o sistema do zero. “Em vez de agir cegamente sobre uma combinação de materiais, como em experimentos anteriores, nós a criamos de baixo para cima e somos capazes de gerar modos Majorana de forma controlada, que é de fato a ideia principal do nosso projeto QuKit.” Este design cuidadoso dá aos cientistas controle direto sobre a formação dos modos de Majorana.
Medição em tempo real da paridade de Majorana
Após montar a cadeia mínima de Kitaev, a equipe aplicou a sonda de Capacitância Quântica. Pela primeira vez, eles conseguiram determinar em tempo real e com uma única medição se o estado quântico combinado formado pelos dois modos de Majorana era par ou ímpar. Em termos práticos, isso revela se o qubit está no estado preenchido ou vazio, o que define como ele armazena as informações.
“A experiência confirma elegantemente o princípio da proteção: embora as medições de carga local sejam cegas a esta informação, a sonda global revela-a claramente”, diz Gorm Steffensen, investigador do ICMM CSIC que também participou no estudo.
Os pesquisadores também detectaram “saltos aleatórios de paridade”, outro resultado significativo do experimento. Ao analisar esses eventos, eles mediram a “coerência de paridade superior a um milissegundo”, uma duração considerada altamente promissora para operações futuras envolvendo qubits topológicos baseados nos modos Majorana.
Colaboração entre Delft e ICMM CSIC
O estudo reúne uma plataforma experimental inovadora desenvolvida principalmente na Delft University of Technology e trabalhos teóricos realizados no ICMM CSIC. Os autores enfatizam que a contribuição teórica foi “crucial para a compreensão deste experimento altamente sofisticado”, destacando o esforço combinado por trás desse avanço na computação quântica.
Share this content:
Publicar comentário