Cientistas criam gato para detectar erros na computação quântica

Na mecânica quântica, um dos experimentos mentais mais famosos é o “gato de Schrödinger” — que aponta para um gato cuja vida ou morte depende da decomposição de um átomo radioativo. A menos que o átomo seja observado diretamente, deve ser considerado como estando numa superposição – isto é, em múltiplos estados ao mesmo tempo. Isso leva à conclusão de que o gato está em uma superposição de vivo e morto.

Inspirados por esse famoso experimento, pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, utilizaram um átomo de antimônio (elemento químico) para tentar corrigir erros na computação quântica. “No nosso trabalho, o ‘gato’ é um átomo de antimônio”, diz Xi Yu, principal autor do artigo.

“O antimônio é um átomo pesado, que possui um grande spin nuclear, ou seja, um grande dipolo magnético. O spin do antimônio pode ir em oito direções diferentes, em vez de apenas duas. a superposição do spin do antimônio apontando em direções opostas não é apenas uma superposição ‘para cima’ e ‘para baixo’, porque existem vários estados quânticos que separam os dois ramos da superposição”, explica o pesquisador Xi Yu.

Os cientistas que trabalham na construção de um computador quântico normalmente usam um qubit – um objeto descrito por apenas dois estados quânticos. “Se o qubit for um spin, podemos chamar o estado ‘0’ de ‘spin down’ e o estado ‘1’ de ‘spin up’. Mas se a direção do giro mudar repentinamente, teremos imediatamente um erro lógico: 0 se transforma em 1 ou vice-versa, tudo de uma vez. É por isso que a informação quântica é tão frágil”, diz Benjamin Wilhelm, coautor da pesquisa.

No átomo de antimónio, que tem oito direcções de rotação diferentes, se o ‘0’ for codificado como um ‘gato morto’ e o ‘1’ como um ‘gato vivo’, um único erro não será suficiente para embaralhar o código quântico.

“Como diz o provérbio, um gato tem nove vidas. Um pequeno arranhão não é suficiente para te matar. Nosso ‘gato’ metafórico tem sete vidas: seriam necessários sete erros consecutivos para transformar o ‘0’ em ‘1’. Este é o sentido em que a superposição de estados de spin do antimônio em direções opostas é ‘macroscópica’ – porque está acontecendo em maior escala e realiza um gato de Schrödinger”, exemplifica Yu.

O “gato antimônio” foi colocado em um chip quântico de silício. “Ao alojar o ‘gato de Schrödinger’ atómico dentro de um chip de silício, obtemos um controlo extraordinário sobre o seu estado quântico – ou, se preferir, sobre a sua vida ou morte. Além disso, hospedar o ‘gato’ no silício significa que, no longo prazo, essa tecnologia poderá ser expandida usando métodos semelhantes aos que já adotamos para construir os chips de computador que temos hoje”, destaca a pesquisadora Danielle Holmes.

Os pesquisadores enfatizam que a descoberta abre portas para uma nova forma de realizar cálculos quânticos.

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“Se ocorrer um erro, nós o detectamos imediatamente e podemos corrigi-lo antes que mais erros se acumulem. Continuando a metáfora do “gato de Schrödinger”, é como se víssemos o nosso gato voltando para casa com um grande arranhão no rosto. Ele está longe de estar morto, mas sabemos que ele brigou; podemos ir descobrir quem causou a briga, antes que aconteça novamente e nosso gato sofra mais lesões”, ilustra a professora Andrea Morello.