Na busca para desenvolver computadores qua¢nticos, os fa­sicos seguiram vários caminhos diferentes. Por exemplo, o Google relatou recentemente que seu prota³tipo de computador qua¢ntico pode ter feito um ca¡lculo especa­fico mais rápido do que um computador cla¡ssico. Esses esforços se basearam em uma estratanãgia que envolve materiais supercondutores, que são materiais que, quando resfriados a temperaturas ultrafrias, conduzem eletricidade com resistência zero. Outras estratanãgias de computação qua¢ntica envolvem matrizes de a¡tomos carregados ou neutros.

Agora, uma equipe de fa­sicos qua¢nticos da Caltech deu passos largos no trabalho que usa uma classe mais complexa de a¡tomos neutros chamados de a¡tomos alcalino-terrosos, que residem na segunda coluna da tabela peria³dica. Esses a¡tomos, que incluem magnanãsio, ca¡lcio e estra´ncio, tem dois elanãtrons em suas regiaµes externas, ou camadas. Anteriormente, os pesquisadores que fizeram experiências com a¡tomos neutros se concentraram em elementos localizados na primeira coluna da tabela peria³dica, que tem apenas um elanãtron em suas camadas externas.

Em um artigo publicado na revista Nature Physics , os pesquisadores demonstram que podem usar a¡tomos alcalino-terrosos controlados individualmente para alcana§ar uma marca registrada da computação qua¢ntica: o emaranhamento. Esse fena´meno aparentemente paradoxal ocorre quando dois a¡tomos permanecem intimamente conectados, mesmo quando separados por grandes distâncias. O emaranhamento éessencial para os computadores qua¢nticos porque permite que as "chaves" internas dos computadores, conhecidas como qubits, sejam correlacionadas entre si e codifiquem uma quantidade exponencial de informações.

"Basicamente, estamos quebrando um recorde de emaranhamento de dois qubit para uma das três principais plataformas da ciência qua¢ntica: a¡tomos neutros individuais", disse Manuel Endres , professor assistente de física e lider da equipe Caltech. Endres também émembro de um dos três novos institutos de pesquisa qua¢ntica estabelecidos pelo programa Quantum Leap Challenges Institutes da National Science Foundation (NSF) , e membro de um dos cinco novos centros de ciência qua¢ntica do Departamento de Energia .

“Estamos abrindo uma nova caixa de ferramentas para computadores qua¢nticos e outras aplicações”, diz Ivaylo Madjarov, estudante de graduação da Caltech e principal autor do novo estudo. "Com os a¡tomos alcalino-terrosos, temos mais oportunidades para sistemas de manipulação e novas oportunidades para a manipulação precisa e leitura do sistema."

Para atingir seu objetivo, os pesquisadores recorreram a pina§as a³pticas, que são basicamente feixes de laser capazes de manobrar a¡tomos individuais. A equipe usou anteriormente a mesma tecnologia para desenvolver um novo design para rela³gios ata´micos a³pticos . No novo estudo, as pina§as foram usadas para persuadir dois a¡tomos de estra´ncio dentro de um conjunto de a¡tomos a se enredar.

"Ta­nhamos demonstrado anteriormente o primeiro controle de a¡tomos alcalino-terrosos individuais. No presente trabalho, adicionamos um mecanismo para gerar emaranhamento entre os a¡tomos, com base em estados de Rydberg altamente excitados, nos quais a¡tomos separados por muitos ma­crons sentem grandes forças de uns aos outros ", diz Jacob Covey, um estudioso de pa³s-doutorado na Caltech. "As propriedades únicas dos a¡tomos alcalino-terrosos oferecem novas maneiras de melhorar e caracterizar o mecanismo de interação de Rydberg."

Além disso, os pesquisadores foram capazes de criar o estado emaranhado com um grau de precisão maior do que o obtido anteriormente com o uso de a¡tomos neutros, e com uma precisão equivalente a outras plataformas de computação qua¢ntica.

No futuro, os pesquisadores esperam expandir sua capacidade de controlar qubits individuais e planejam investigar manãtodos para emaranhar três ou mais a¡tomos.

“O objetivo éatingir umnívelmuito alto de emaranhamento e programabilidade para muitos a¡tomos, a fim de poder realizar ca¡lculos que são intrata¡veis ​​por um computador cla¡ssico”, diz Endres. "Nosso sistema também éadequado para investigar como esse emaranhamento de muitos a¡tomos poderia melhorar a estabilidade dos rela³gios ata´micos."