Inovação permite armazenar informações quânticas como som

A computação quântica, assim como a computação tradicional, precisa de uma maneira de armazenar as informações que usa e processa. No computador que você está usando agora, as informações, sejam fotos do seu cachorro, um lembrete sobre o aniversário de um amigo ou as palavras que você está digitando na barra de endereço do navegador, devem ser armazenadas em algum lugar. A computação quântica, sendo um novo campo, ainda está trabalhando onde e como armazenar informações quânticas.

Em um artigo publicado na revista Nature Physics , Mohammad Mirhosseini, professor assistente de engenharia elétrica e física aplicada, mostra um novo método que seu laboratório desenvolveu para traduzir com eficiência estados quânticos elétricos em som e vice-versa. Esse tipo de tradução pode permitir o armazenamento de informações quânticas preparadas por futuros computadores quânticos, que provavelmente serão feitos de circuitos elétricos.

Este método faz uso do que é conhecido como fônons, o equivalente de som de uma partícula de luz chamada fóton. (Lembre-se que na mecânica quântica todas as ondas são partículas e vice-versa). O experimento investiga fônons para armazenar informações quânticas porque é relativamente fácil construir pequenos dispositivos que podem armazenar essas ondas mecânicas.

Para entender como uma onda sonora pode armazenar informações, imagine uma sala extremamente ecoante. Agora, digamos que você precise se lembrar de sua lista de compras da tarde, então você abre a porta daquele quarto e grita: “Ovos, bacon e leite!” e feche a porta. Uma hora depois, na hora de ir ao supermercado, você abre a porta, enfia a cabeça lá dentro e ouve sua própria voz ainda ecoando: “Ovos, bacon e leite!” Você acabou de usar ondas sonoras para armazenar informações.

Claro que, no mundo real, um eco como esse não duraria muito, e sua voz poderia acabar tão distorcida que você não conseguiria mais distinguir suas próprias palavras, sem falar que usar uma sala inteira para armazenar um pouco de dados seria ridículo. A solução da equipe de pesquisa é um pequeno dispositivo que consiste em placas flexíveis que são vibradas por ondas sonoras em frequências extremamente altas. Quando uma carga elétrica é colocada nessas placas, elas se tornam capazes de interagir com sinais elétricos que transportam informações quânticas. Isso permite que as informações sejam canalizadas para o dispositivo para armazenamento e sejam canalizadas para uso posterior – não muito diferente da porta da sala em que você estava gritando no início desta história.

Segundo Mohammad Mirhosseini, estudos anteriores haviam investigado um tipo especial de material conhecido como piezoelétrico como meio de converter energia mecânica em energia elétrica em aplicações quânticas.

“Esses materiais, no entanto, tendem a causar perda de energia para ondas elétricas e sonoras, e a perda é um grande assassino no mundo quântico”, diz Mirhosseini. Por outro lado, o novo método desenvolvido por Mirhosseini e sua equipe é independente das propriedades de materiais específicos, tornando-o compatível com dispositivos quânticos estabelecidos, baseados em micro-ondas.

Criar dispositivos de armazenamento miniaturizados eficazes  tem sido outro desafio prático para os pesquisadores que trabalham com aplicações quânticas, diz Alkim Bozkurt, aluno de pós-graduação do grupo de Mirhosseini e principal autor do artigo.

“No entanto, nosso método permite o armazenamento de informações quânticas de circuitos elétricos por durações duas ordens de magnitude mais longas do que outros dispositivos mecânicos compactos”, acrescenta.

Os co-autores do estudo incluem Chaitali Joshi e Han Zhao, ambos pós-doutorandos em engenharia elétrica e física aplicada; e Peter Day e Henry LeDuc, que são cientistas do Jet Propulsion Laboratory, que a Caltech administra para a NASA.