Som

Um dispositivo do tamanho de um chip pode manipular partículas de som de uma maneira que imita como as partículas de luz são usadas em computadores quânticos baseados em luz, abrindo a porta para a construção de computadores quânticos baseados em som

Por Karmela Padavic-Callaghan

8 de junho de 2023

Computadores quânticos podem ser construídos com base no som

CVI Texturas / Banco de Imagens Alamy

Um bloco de construção crucial para computadores quânticos baseados em som demonstrou funcionar pela primeira vez.

Uma maneira popular de construir computadores quânticos é codificar informações em estados quânticos de partículas de luz e, em seguida, enviá-los através de um labirinto de espelhos e lentes para manipular essas informações. Andrew Cleland, da Universidade de Chicago, e seus colegas decidiram fazer o mesmo com partículas de som.

O som é criado quando um objeto ou uma substância, como o ar, vibra. Nós o ouvimos como um ruído contínuo, mas na verdade é uma coleção de pequenos pedaços de vibração, ou partículas de som, chamados fônons.

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"Fazer um fônon requer que quatrilhões de átomos se movam coletivamente, mas em nosso experimento, cada um é um único objeto quântico. Os físicos às vezes fazem os fônons soarem como se fossem apenas um truque conveniente para pensar sobre o som, mas aqui eles são muito reais", diz Cleland.

Sua equipe construiu um dispositivo do tamanho de um chip que possui componentes feitos de um material perfeitamente condutor e pode criar fônons um de cada vez antes de enviá-los para outras partes do dispositivo. O chip é mantido em uma geladeira potente a uma temperatura de um centésimo de kelvin para que os fótons exibam efeitos quânticos. Cada fônon era cerca de um milhão de vezes mais agudo do que o som audível.

Os pesquisadores já construíram chips semelhantes, mas agora adicionaram um componente chamado divisor de feixe. Consiste em 16 pequenas tiras de alumínio paralelas projetadas para que qualquer som que as atinja seja refletido e transmitido em partes iguais. Mas quando os pesquisadores enviaram um fônon para ele, em vez de se dividir em dois, ele assumiu um estado de superposição quântica em que a partícula inteira estava simultaneamente no estado de ser refletida e transmitida.

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Cleland diz que isso é exatamente o que eles esperavam que acontecesse porque esse processo é uma etapa necessária para executar cálculos em computadores quânticos que dependem de partículas de luz. Para tornar seu chip ainda mais parecido com um computador quântico baseado em som, os pesquisadores também recriaram com sucesso a maneira como duas partículas de luz são comumente feitas para “conversar entre si” e como seu comportamento é controlado durante cálculos baseados em luz.

Aqui, eles enviaram simultaneamente dois fônons de direções opostas para o divisor de feixe e viram seus respectivos estados de superposição se influenciarem. No futuro, eles usarão esse procedimento para implementar operações simples que compõem programas de computador.

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Dirk Bouwmeester, da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, diz que, para partículas de luz, procedimentos como teletransporte quântico ou criação de emaranhamento dependem do uso de divisores de feixe, e agora também podem ser feitos com partículas de som. "É realmente espetacular que a equipe possa substituir fótons por fônons", diz ele.

Como muitos objetos quânticos diferentes interagem com o som, experimentos futuros também podem usar fônons para transferir informações quânticas entre componentes diferentes e difíceis de conectar de um chip de computação quântica, diz Yiwen Chu, do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique.

Para Cleland, construir um computador quântico baseado em som é empolgante além de ter mais uma maneira de construir um dispositivo que poderia eventualmente resolver problemas que atualmente são insolúveis para computadores convencionais. "Espero aprender o quanto a física quântica podemos fazer com objetos mecânicos. Os fônons são de alguma forma mais tangíveis, mais 'carnudos' do que a luz, mas eles têm mostrado os mesmos comportamentos quânticos. Isso é incrível para mim", diz ele.