Pesquisa brasileira abre caminho para computadores quânticos mais estáveis

Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) propuseram um novo modelo teórico para viabilizar o uso de estados de Majorana na computação quântica, segundo a Agência FAPESP. O trabalho indica como proteger informações contra ruídos e imperfeições.

O estudo foca em quase-partículas chamadas férmions de Majorana, que surgem em materiais supercondutores. Elas são promissoras para criar qubits topológicos, uma arquitetura de computação que promete ser muito mais estável que as atuais.

Diferente dos sistemas convencionais, onde a informação é local e frágil, os estados de Majorana permitem armazenar dados de forma distribuída. Isso protege o sistema de interferências externas que normalmente causam erros de processamento.

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A equipe investigou a chamada cadeia de Kitaev, um modelo que usa pontos quânticos. Eles descobriram que aumentar o número de pontos na cadeia cria uma "ilha topológica", onde os estados de Majorana tornam-se muito mais resistentes.

"Em plataformas quânticas convencionais, a informação é codificada em graus de liberdade locais e, por isso, torna-se extremamente sensível a imperfeições microscópicas, o que leva à rápida perda de coerência", explicou a pesquisadora Dra. Poliana Heiffig Penteado, do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP).

"Já em sistemas que hospedam estados de Majorana, a informação quântica é armazenada de forma não local, distribuída entre regiões espacialmente separadas do dispositivo e protegida por propriedades topológicas globais do sistema, reduzindo a dependência de detalhes locais e tornando esses estados candidatos particularmente promissores para a implementação de qubits mais estáveis", complementou.

Novo modelo de cadeias mais longas

Em sistemas pequenos, a estabilidade dependia de ajustes extremamente finos e difíceis de manter. Com o novo modelo de cadeias mais longas, a proteção torna-se intrínseca ao sistema, não dependendo mais de controles manuais rigorosos.

O trabalho também propõe um método para detectar essas ilhas em experimentos reais por meio da medição da condutância elétrica. Isso ajuda a distinguir sinais verdadeiros de Majorana de meras interferências ou ruídos de fundo.

Publicada na revista Physical Review B, a pesquisa coordenada por Poliana junto ao Dr. José Carlos Egues de Menezes, professor titular do IFSC-USP, e do ex-estudante de doutorado Rodrigo Abreu Dourado, utiliza parâmetros realistas e já desperta interesse global. O avanço aproxima a ciência da construção de computadores quânticos capazes de operar de forma confiável no mundo real.