Detector quântico da NASA pode revolucionar a computação

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A NASA anunciou importantes avanços no desenvolvimento de um novo detector quântico. De acordo com a agência, o sistema pode revolucionar a forma como computadores quânticos trocam informações.

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O dispositivo criado pela NASA em parceria com o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) “é capaz de medir o tempo preciso em que cada fóton o atinge, dentro de 100 trilionésimos de segundo, a uma taxa de 1,5 bilhões de fótons por segundo. Nenhum outro detector alcançou essa taxa”, explica a nota.

Os membros da equipe PEACOQ estão ao lado de um criostato JPL que foi usado para testar o detector.
A partir da esquerda, Alex Walter, Sahil Patel, Andrew Mueller, Ioana Craiciu, Boris Korzh, Matt Shaw e Jamie Luskin.

Como funciona a computação quântica?

Dispositivos quânticos funcionam utilizando bits quânticos, ou qubits na abreviação. Eles são basicamente o equivalente quântico aos bits utilizados na computação tradicional. Enquanto bits computacionais processam informações em 0 ou em 1, os qubits podem ser os dois ao mesmo tempo.

Apesar do sistema tradicional funcionar para cálculos computacionais convencionais, no universo quântico eles se tornam insuficientes, como explica uma publicação da Universidade de Innsbruck, na Áustria. “Os blocos de construção dos computadores quânticos são mais do que apenas zeros e uns”, diz Martin Ringbauer, físico da instituição.

Mas como o dispositivo da NASA pode ser revolucionário?

“A transmissão de informações quânticas por longas distâncias tem sido, até agora, muito limitada”, disse Ioana Craiciu, principal autora do estudo que descreve esses resultados. “Uma nova tecnologia de detector como o PEACOQ (como o projeto é chamado), que pode medir fótons individuais com uma precisão de uma fração de nanossegundo, permite enviar informações quânticas em taxas mais altas, mais longe.”

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Ao contrário dos bits tradicionais, os qubits não podem ser copiados e transmitidos sem serem destruídos. Aumentando a complexidade, as informações quânticas transmitidas por meio de fibras ópticas por meio de fótons codificados se degradam após apenas algumas dezenas de quilômetros, limitando bastante o tamanho de qualquer rede futura.

Ou seja, para transmitir informações quânticas a longas distâncias é preciso usar uma rede implementada em satélites que ficam na órbita da Terra. Mas para complicar ainda mais a situação, os fótons se emaranham na órbita e influenciam nos dados uns dos outros.

Para que esses fótons emaranhados sejam recebidos no solo por um terminal de computador quântico, é necessário um detector altamente sensível como o PEACOQ para medir com precisão o tempo que recebe cada fóton e entregar os dados que ele contém.

Como é esse detector?

Apesar de todo esse emaranhado de fios, o detector em si é bem pequeno, mas bem pequeno mesmo. Esse pavãozinho mede 13 mícrons de diâmetro e é composto 32 nanofios supercondutores de nitreto de nióbio em um chip de silício com conectores que se espalham como a plumagem do homônimo do detector. Cada nanofio é 10.000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano.

Esta fotografia mostra vários detectores PEACOQ logo após terem sido impressos em um wafer de silício.
A imagem inserida mostra os detalhes de um único PEACOQ.
Cada detector PEACOQ é um pouco menor que uma moeda de dez centavos.

“No curto prazo, o PEACOQ será usado em experimentos de laboratório para demonstrar comunicações quânticas em taxas mais altas ou em distâncias maiores”, disse Craiciu. “A longo prazo, pode fornecer uma resposta à questão de como transmitimos dados quânticos ao redor do mundo.”

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