Computador quântico de som
Há alguns anos, a equipe do professor Andrew Cleland, da Universidade de Chicago, nos EUA, vem trabalhando em uma arquitetura alternativa de computação quântica que foge radicalmente do trivial: A equipe quer construir um computador quântico baseado em som.
Agora, eles conseguiram demonstrar pela primeira vez o controle de fase determinístico dos fônons, as pequenas vibrações mecânicas que, em uma escala maior, são consideradas som. Os fônons são as quasipartículas responsáveis pela condução do som e do calor e já deram origem à fonônica, com protótipos de processadores à base de som que rivalizam com processadores quânticos.
O sistema se baseia na bem conhecida arquitetura de qubits supercondutores. Ao espalhar um fônon a partir do qubit e mediar a interação elétrica, os pesquisadores conseguiram controlar deterministicamente a fase do fônon. Isso significa que torna-se possível enviar dados baseados em fônons através de um circuito sabendo exatamente o que você envia e o que você recebe.
Ao eliminar a aleatoriedade inerente aos sistemas baseados em fótons – os fótons sempre estarão sujeitas à aleatoriedade – esse controle de fase determinístico dá ao som uma vantagem sobre a luz na construção dos computadores quânticos, defende a equipe.
“Ter essas operações quânticas determinísticas dá a esta plataforma híbrida uma vantagem sobre abordagens ópticas lineares puras,” disse Hong Qiao, responsável pela demonstração.
[Imagem: Hong Qiao et al. – 10.1038/s41567-025-03027-z]
Determinístico versus probabilístico
Sistemas determinísticos baseiam-se em relações simples de causa e efeito, sem aleatoriedade envolvida. Isso significa que, a menos que algo dê errado, se o dispositivo recebe uma entrada A, ele sempre gerará uma saída B.
Mas a mecânica quântica é tipicamente probabilística, um comportamento também conhecido como não determinístico. Isso significa que, mesmo em um sistema funcionando perfeitamente, há uma certa chance de o dispositivo não chegar ao resultado desejado – uma entrada A pode gerar um C, talvez D ou qualquer outro resultado, dependendo do tipo de sistema quântico.
Os esforços para projetar sistemas melhores têm permitido aumentar a probabilidade de se obter o resultado esperado, mas sempre há alguma aleatoriedade. “Com base no resultado da medição de fótons ópticos, você pode determinar se essa operação foi bem-sucedida ou não,” explicou Qiao. “E não é como se você fizesse essa operação e obtivesse o que queria. É mais como se você fizesse a operação, medisse e, com base no resultado da medição, tivesse uma certa probabilidade de sucesso ou fracasso.”
A capacidade de controlar as fases dos fônons não apenas supera essa dificuldade, como também pode ser aplicada a uma ampla variedade de arquiteturas de computadores, incluindo um novo sistema de memória quântica de acesso aleatório que a mesma equipe desenvolveu no início deste ano.
“A fonônica quântica está avançando como campo, com novas arquiteturas teóricas permitindo dispositivos cada vez mais compactos e a integração em escalas maiores,” disse o professor Liang Jiang, membro da equipe.
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