Nova tcnica l 100 dimenses de um qubit em minutos


Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 17/09/2021

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Ler 100 faces de um “dado quntico” levaria dcadas com as tcnicas que estavam disponveis at agora.
[Imagem: Isaac Nape et al. – 10.1038/s41467-021-25447-0]

100 dimenses por qubit

Voc j ouviu falar muitas vezes que os qubits, os bits dos computadores qunticos, podem guardar mltiplos dados, sendo esta uma das suas principais vantagens.

Os dados – ou estados qunticos – so entrelaados em muitas dimenses, onde mais dimenses significa uma largura de banda maior (mais velocidade) e melhor resistncia ao rudo (segurana e confiabilidade), elementos cruciais para uma comunicao rpida e segura e para viabilizar a computao quntica sem erros, o que ainda um desafio.

Mas no adianta pisar demais no acelerador – ou enfiar dados demais em cada qubit – porque ler os dados em mltiplas dimenses no uma tarefa simples.

Na verdade, o tempo de medio, ou leitura, aumenta desfavoravelmente com o nmero de dimenses, de modo que ler um estado de 100 dimenses completo com a tcnica atual – basicamente uma “tomografia de estado quntico” – levaria dcadas.

Pelo menos at que Isaac Nape e seus colegas da Universidade Witwatersrand, na Nova Zelndia, colocassem a mo na massa e descobrissem uma tcnica para ler um estado 100-dimensional em poucos minutos.

Embora minutos sejam uma escala inadequada para os clculos de um computador, um processador real poder trabalhar com menos dimenses e, ainda assim, apresentar ganhos exponenciais em relao aos bits do computadores eletrnicos.

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A nova tcnica junta a tomografia quntica com a medio de Bell.
[Imagem: Isaac Nape et al. – 10.1038/s41467-021-25447-0]

Como ler mltiplas dimenses

Voc pode pensar em um estado quntico de alta dimenso como as faces de um dado: Um dado convencional tem 6 faces, numeradas de 1 a 6, o que significa um alfabeto de seis dimenses, que pode ser usado para computao ou para transferncia de informaes. Fazer um “dado de alta dimenso” significa um dado com muito mais faces: 100 dimenses equivalem a 100 faces, o que um polgono bastante complicado.

Em nosso mundo cotidiano, regido pela fsica clssica, seria fcil contar as faces para saber o que h em cada uma, mas a coisa no funciona assim no mundo quntico: Nessa escala, voc nunca pode ver os dados inteiros, ento contar as faces muito difcil.

Hoje lidamos com isso fazendo uma tomografia, similar ao conhecido exame mdico, construindo uma imagem de muitas fatias do objeto. Mas as informaes nos objetos qunticos podem ser enormes, de forma que o tempo para realizar esse processo proibitivo.

Uma abordagem mais rpida uma “medio de Bell”, um teste famoso para dizer se o que voc tem na sua frente est entrelaado, algo como perguntar partcula “Voc quntica ou no?”. Mas, embora isso confirme as correlaes qunticas dos dados, no d muitas informaes muito sobre o nmero de faces que nosso dado quntico possui.

“Nosso trabalho contornou o problema com uma descoberta casual, de que existe um conjunto de medies que no uma tomografia e no uma medio de Bell, mas que contm informaes importantes de ambas,” explicou Nape. “Em linguagem tcnica, ns combinamos essas duas abordagens de medio para fazer mltiplas projees que se parecem com uma tomografia, mas medindo as visibilidades do resultado, como se fossem medies de Bell. Isso revelou a informao oculta que pode ser extrada da fora das correlaes qunticas em muitas dimenses.”

A combinao da velocidade da abordagem semelhante de Bell e a informao da abordagem semelhante tomografia significa que os parmetros qunticos essenciais – como a dimensionalidade e a pureza do estado quntico – podem ser determinados de forma rpida e quantitativa.

Bibliografia:

Artigo: Measuring dimensionality and purity of high-dimensional entangled states
Autores: Isaac Nape, Valeria Rodrguez-Fajardo, Feng Zhu, Hsiao-Chih Huang, Jonathan Leach, Andrew Forbes
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 5159
DOI: 10.1038/s41467-021-25447-0

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