Dois físicos apostam em um tiro na lua da computação quântica


Em fevereiro, dois físicos fizeram uma aposta no Twitter. Jonathan Dowling, professor da Universidade Estadual da Louisiana, e John Preskill, da Caltech, apostaram uma pizza e uma cerveja daqui a dez anos, alguém finalmente inventou uma máquina de fantasia física de longa data: o chamado computador quântico topológico.

Preskill apostou que sim; Dowling aposta no. “Preskill gostou imediatamente da ideia da aposta”, diz Dowling, que a iniciou. “Ele e eu discutimos esse assunto há algum tempo.”

Para documentar o contrato, Dowling digitou os termos no PowerPoint em um pano de fundo de pergaminho de clip-art. Os termos específicos da aposta são apresentados em uma imagem borrada dentro de um tweet nos feeds dos dois físicos. (“Eu culpo a pixelização de Preskill”, diz Dowling. “Ele a salvou novamente como um PDF.”) Eles acertarão a aposta em 1º de março de 2030, à meia-noite, horário universal coordenado.

Para a maioria, o assunto de sua aposta é bastante esotérico. Mas, entre os especialistas, a construção de um computador quântico topológico foi um tiro na lua de décadas, primeiro defendido por acadêmicos e posteriormente adotado pela Microsoft, onde os pesquisadores continuam a perseguir seu desenvolvimento hoje. “É tão bonito e elegante”, diz Preskill, da computação quântica topológica.

De fato, “bonito” e “elegante” são talvez as palavras mais comumente usadas pelos físicos para descrever a computação quântica topológica. Proposto pela primeira vez em 1997 pelo físico russo-americano Alexei Kitaev, um computador quântico topológico representa informações em aglomerados de elétrons, conhecidos como ânions não-abelianos, dentro de um material. A teoria prevê que esses agrupamentos retêm uma espécie de memória de seus movimentos no material, e o computador pode codificar informações sobre como eles são trocados. Por exemplo, em um par de anyons, um 0 pode ser representado como um anyon trocando de posição com o da direita e um 1 trocando o anyon do lado direito pela esquerda.

Os físicos comparam trocar dois anyons a trançar dois fios de cabelo. A parte da informação é representada em qual fio está no topo da trança, não nas propriedades físicas do próprio cabelo. As informações codificadas dessa maneira também são muito mais difíceis de alterar, em comparação com a computação quântica convencional. Os bits quânticos, ou qubits, devem cometer muito menos erros em relação aos qubits com base nas propriedades de objetos físicos, como os circuitos supercondutores que compõem as máquinas quânticas barulhentas do Google e da IBM. Quando esses computadores quânticos executam algoritmos complicados, por exemplo, um circuito pode alterar acidentalmente a propriedade de seu vizinho, produzindo um erro que os pesquisadores não sabem como corrigir. Os computadores quânticos topológicos seriam resistentes a esse tipo de erro.

A computação quântica topológica explora o campo da geometria conhecido como topologia, daí seu nome. Os topologistas estudam propriedades de objetos que permanecem os mesmos, apesar da deformação. Por exemplo, imagine moldar um pedaço de barro na forma de um donut. Você poderá transformar suavemente essa rosquinha na forma de uma xícara de café sem rasgar ou recolocar argila. Assim, uma xícara de café e uma rosquinha são conhecidas como topologicamente equivalentes.

Da mesma forma, um qubit topológico preservará suas informações contidas enquanto permanecer em um estado topologicamente equivalente, o que significa que você pode deformar esse qubit “tanto quanto uma rosca é diferente de uma xícara de café e ainda funciona”. diz Dowling. Os defensores dizem que essa máquina não sofreria os erros de computação que afetam as máquinas quânticas existentes – se apenas os físicos pudessem descobrir como construí-la.

Preskill aprendeu sobre computação quântica topológica em 1997, durante a primeira visita de Kitaev aos EUA de Moscou, e ele imediatamente se apaixonou pela idéia. Anteriormente, os pesquisadores pensavam que a única maneira de evitar erros de computação quântica era implementar um algoritmo de software adicional que corrigia os erros – algoritmos que os pesquisadores ainda estão trabalhando para desenvolver. Kitaev, agora colega de Preskill na Caltech, apresentou um design que protege o computador contra erros em virtude do próprio hardware, sem a necessidade de um código extra de correção de erros. Sua máquina usaria qubits que poderiam ser esticados e deformados, por assim dizer, enquanto mantinham suas informações.





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