Adesea percepută ca un domeniu abstrus rezervat unei elite științifice, mecanica cuantică găsește uneori ilustrații fascinante și accesibile. Acesta este cazul recentului progres realizat de cercetătorii de la UNSW din Sydney care au explorat unul dintre cele mai faimoase experimente de gândire: pisica lui Schrödinger. Folosind un atom de antimoniu, această echipă a dezvoltat o abordare promițătoare pentru a stimula calculele cuantice și a corecta erorile, un pas mai aproape de un calculator cuantic funcțional. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Nature Physics.
Imaginată în 1935 de fizicianul austriac Erwin Schrödinger, pisica ce îi poartă numele a devenit o metaforă iconică a suprapunerii cuantice. În acest experiment de gândire, o pisică închisă într-o cutie este atât vie, cât și moartă până când observăm direct starea unui atom radioactiv care îi determină soarta. Acest paradox ilustrează natura contraintuitivă a mecanicii cuantice în care o particulă poate exista în mai multe stări simultan.
Acest principiu de suprapunere se află în centrul calculatoarelor cuantice. Aceste mașini folosesc qubiți, unități de informații cuantice care pot reprezenta simultan stările 0 și 1. Acest lucru permite o putere de calcul mult mai mare decât calculatoarele clasice. Cu toate acestea, qubiții au o problemă majoră: fragilitatea lor. Chiar și o mică perturbare poate transforma un 0 într-un 1 sau invers, făcând calculele eronate. Corecția erorilor cuantice rămâne așadar una dintre cele mai mari provocări de depășit pentru a face aceste computere cu adevărat funcționale.
Pentru a aborda această provocare, cercetătorii UNSW au explorat un sistem mai complex decât qubiții clasici: un atom de antimoniu care are opt direcții de rotație posibile. Spre deosebire de un qubit standard care are doar două stări (sus și jos), antimoniul oferă un spațiu extins pentru a codifica informații. Această configurație unică creează o suprapunere la scară largă în care 0 este asociat cu o pisică moartă și 1 cu o pisică vie. Dacă apare o eroare, nu este suficient să inversați direct starea, deoarece alte șapte direcții de rotație separă aceste două extreme. După cum rezumă profesorul Andrea Morello, coautor al articolului amintit mai devreme, „O pisică are nouă vieți: o simplă zgârietură nu o ucide. „Pisica noastră cuantică” are șapte vieți, ceea ce o face mult mai robustă decât un qubit standard.”
Cercetătorii au reușit să integreze acest atom de antimoniu într-un cip de siliciu, similar celor utilizați în computerele actuale. Acest avans face posibilă luarea în considerare a producției pe scară largă, profitând de procesele de fabricație deja stăpânite pentru semiconductori tradiționali.
Progresul UNSW are implicații profunde pentru calculul cuantic. Făcând sistemele cuantice mai rezistente la erori, îi aduce pe cercetători mai aproape de crearea de calculatoare cuantice fiabile. Aceste mașini ar avea aplicații revoluționare în domenii precum criptografia, proiectarea materialelor și chiar simularea sistemelor biologice complexe. Una dintre cheile acestui succes este capacitatea de a detecta și corecta erorile înainte ca acestea să se acumuleze. Potrivit profesorului Morello, „Dacă apare o eroare, o detectăm imediat și o putem corecta. Acest lucru asigură că informațiile rămân intacte în ciuda întreruperilor.” Această robustețe suplimentară deschide, de asemenea, perspective pentru arhitecturi mai complexe. Găzduind stări cuantice în sisteme precum antimoniul, devine posibil să se imagineze sisteme hibride care combină puterea qubiților standard cu rezistența crescută a stărilor macroscopice precum cele ale unei pisici cuantice.
Această cercetare ilustrează și importanța colaborării internaționale. Echipa UNSW a lucrat cu parteneri din Statele Unite, Canada și Australia pentru a proiecta, produce și analiza dispozitivele. Această sinergie arată că provocările globale ale calculului cuantic necesită eforturi colective.
