Onientistas revelam detecção quântica óptica inovadora

Pesquisadores da Universidade de Paderborn desenvolveram um novo método para analisar estados quânticos ópticos com detecção homódina, avançando significativamente a tecnologia de computação quântica. (Conceito do artista). Crédito: SciTechDaily.com

Pesquisadores da Universidade de Paderborn usaram um novo método para determinar as características dos estados quânticos ópticos, ou seja, baseados na luz. Pela primeira vez, eles estão usando certos

fóton

Um fóton é uma partícula de luz. É a unidade básica da luz e de outras radiações eletromagnéticas e é responsável pela força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Os fótons não têm massa, mas têm energia e momento. Eles viajam à velocidade da luz no vácuo e podem ter diferentes comprimentos de onda, que correspondem a diferentes cores de luz. Os fótons também podem ter energias diferentes, que correspondem a diferentes frequências de luz.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">fóton detectores – dispositivos que podem detectar partículas de luz individuais – para a chamada detecção homódina. A capacidade de caracterizar estados quânticos ópticos torna o método uma ferramenta essencial para o processamento de informações quânticas. O conhecimento preciso das características é importante para uso em computadores quânticos, por exemplo. Os resultados já foram publicados na revista especializada Ótica Quântica. “A detecção homodina é um método frequentemente usado em óptica quântica para investigar a natureza ondulatória dos estados quânticos ópticos”, explica Timon Schapeler, do grupo de trabalho de Óptica Quântica Mesoscópica de Paderborn, no Departamento de Física. Juntamente com o Dr. Maximilian Protte, ele usou o método para investigar as chamadas variáveis ​​contínuas dos estados quânticos ópticos. Isso envolve as propriedades variáveis ​​das ondas de luz. Podem ser, por exemplo, a amplitude ou a fase, ou seja, o comportamento de oscilação das ondas, que são importantes para a manipulação direcionada da luz, entre outras coisas.

Avanço na detecção de fótons

Pela primeira vez, os físicos usaram detectores de fóton único de nanofios supercondutores para as medições – atualmente os dispositivos mais rápidos para contagem de fótons. Com sua configuração experimental especial, os dois cientistas mostraram que um detector homódino com detectores supercondutores de fóton único tem uma resposta linear ao fluxo de fótons de entrada. Traduzido, isso significa que o sinal medido é proporcional ao sinal de entrada. “Em princípio, a integração de detectores supercondutores de fóton único traz muitas vantagens na área de variáveis ​​contínuas, entre elas a estabilidade intrínseca de fase. Esses sistemas também têm quase 100% de eficiência de detecção no chip. Isto significa que nenhuma partícula é perdida durante a detecção. Nossos resultados podem permitir o desenvolvimento de detectores homódinos altamente eficientes com detectores sensíveis a fóton único”, diz Schapeler. Trabalhar com variáveis ​​contínuas de luz abre possibilidades novas e emocionantes no processamento de informações quânticas além dos qubits, as unidades de computação usuais dos computadores quânticos. Referência: “Detecção homódina balanceada de baixo ruído com detectores de fóton único de nanofios supercondutores” por Timon Schapeler, Tim J. Bartley, Maximilian Protte e Jan Sperling, 24 de fevereiro de 2024, Óptica Quantum. DOI: doi:10.1364/OPTICAQ.502201

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Mais de 1.000 Qubits alcançados – Físicos estabelecem recorde mundial para computadores quânticos baseados em átomos

Mais de 1.000 Qubits alcançados

Os pesquisadores da TU Darmstadt desenvolveram um processador quântico com mais de 1.000 qubits atômicos, marcando um avanço significativo na escalabilidade da computação quântica. Este avanço poderia permitir a expansão futura de qubits para 10.000, melhorando diversas aplicações tecnológicas.

Um novo recorde foi estabelecido para computadores quânticos baseados em átomos.

Ampliar sistemas quânticos é essencial para o avanço

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quântica, à medida que seus benefícios se tornam mais aparentes em sistemas maiores. Os pesquisadores da TU Darmstadt fizeram progressos significativos para atingir esse objetivo. Os resultados de suas pesquisas foram agora publicados na prestigiada revista Óptica. Processadores quânticos baseados em matrizes bidimensionais de pinças ópticas, que são criados usando feixes de laser focalizados, são uma das tecnologias mais promissoras para o desenvolvimento de computação e simulação quântica que permitirão aplicações altamente benéficas no futuro. Uma gama diversificada de aplicações, desde o desenvolvimento de medicamentos até à otimização dos fluxos de tráfego, beneficiará desta tecnologia.

Avanço na tecnologia Quantum Bit

Esses processadores têm sido capazes de armazenar centenas de

átomo

Um átomo é o menor componente de um elemento. É composto de prótons e nêutrons dentro do núcleo e elétrons circulando o núcleo.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">atom sistemas quânticos até agora, em que cada átomo representa um bit quântico ou qubit como a unidade básica de informação quântica. Para avançar ainda mais, é necessário aumentar o número de qubits nos processadores. Isto foi agora conseguido por uma equipa liderada pelo Professor Gerhard Birkl do “Átomos – Fótons – Quanta”grupo de pesquisa do Departamento de Física da TU Darmstadt. Em um artigo de pesquisa, que foi publicado pela primeira vez no início de outubro de 2023 no servidor de pré-impressão arXiv e agora também foi publicado após revisão científica por pares na prestigiada revista Ópticaa equipe relata o primeiro experimento bem-sucedido do mundo para realizar uma arquitetura de processamento quântico que contém mais de 1.000 qubits atômicos em um único plano. “Estamos extremamente satisfeitos por termos sido os primeiros a quebrar a marca de 1.000 qubits atômicos controláveis ​​individualmente, porque muitos outros concorrentes de destaque estão em nosso encalço”, diz Birkl sobre seus resultados.

Métodos Inovadores e Perspectivas Futuras

Os pesquisadores conseguiram demonstrar em seus experimentos que sua abordagem de combinar os mais recentes métodos ópticos quânticos com tecnologia microóptica avançada lhes permitiu aumentar significativamente os limites atuais do número acessível de qubits. Isto foi conseguido através da introdução do novo método de “superalimentação quântica de bits”. Isso lhes permitiu superar as restrições impostas ao número de qubits utilizáveis ​​pelo desempenho limitado dos lasers. 1.305 qubits de átomo único foram carregados em uma matriz quântica com 3.000 locais de armadilha e remontados em estruturas alvo livres de defeitos com até 441 qubits. Ao utilizar várias fontes de laser em paralelo, este conceito rompeu as fronteiras tecnológicas que até agora eram consideradas quase intransponíveis. Para muitas aplicações diferentes, 1.000 qubits são vistos como o valor limite a partir do qual o aumento de eficiência prometido pelos computadores quânticos pode agora ser demonstrado pela primeira vez. Investigadores de todo o mundo têm trabalhado intensamente para serem os primeiros a ultrapassar este limiar. O trabalho de pesquisa publicado recentemente demonstra que, para qubits atômicos, esse avanço foi alcançado pela primeira vez em todo o mundo pelo grupo de pesquisa liderado pelo Professor Birkl. A publicação científica também descreve como aumentos adicionais no número de fontes de laser permitirão números de qubit de 10.000 ou mais em apenas alguns anos. Referência: “Matriz de pinça bidimensional superalimentada com mais de 1000 qubits atômicos” por Malte Schlosser, Marcel Mittenbühler, Gerhard Birkl, Lukas Sturm, Dominik Schäffner, Stephan Amann, Lars Pause e Tilman Preuschoff, 19 de fevereiro de 2024, Óptica. DOI: doi:10.1364/OPTICA.513551

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