O tempo de vida do estado de Rydberg limita o tempo de coerência e as fidelidades do portão em computadores quânticos e simuladores de átomos de Rydberg. Com seu momento angular máximo fornecendo excelente proteção contra decaimento, os estados circulares de Rydberg são candidatos desejáveis para superar essa barreira por ordens de magnitude. Ao superar

O tempo de vida do estado de Rydberg limita o tempo de coerência e as fidelidades do portão em computadores quânticos e simuladores de átomos de Rydberg. Com seu momento angular máximo fornecendo excelente proteção contra decaimento, os estados circulares de Rydberg são candidatos desejáveis para superar essa barreira por ordens de magnitude.

Ao superar um obstáculo significativo – a curta vida útil dos átomos de Rydberg – um grupo de pesquisadores do 5º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart está fazendo avanços substanciais na simulação quântica e na computação quântica baseada nos átomos de Rydberg. Há uma grande promessa no uso de estados circulares de Rydberg para contornar essa restrição.

Pela primeira vez, a equipe de pesquisa conseguiu gerar e capturar átomos circulares de Rydberg de um metal alcalino-terroso em uma série de pinças ópticas.

O Dr. Florian Meinert, Chefe do Grupo de Pesquisa Júnior do 5º Instituto de Física, responsável pelo projeto, disse: “Isso é empolgante porque eles são particularmente estáveis e podem estender enormemente a vida útil de um bit quântico. Portanto, eles têm grande potencial para desenvolver simuladores quânticos mais poderosos.”

Os cientistas escolheram o estrôncio – um metal alcalino-terroso com dois elétrons opticamente ativos – para criar o átomo de Rydberg porque ele oferece possibilidades únicas.

Depois de ser criado no estado circular de Rydberg, o segundo elétron orbitando o núcleo atômico pode ser empregado para operações quânticas já conhecidas a partir de estudos em computadores quânticos de íons.

Os cientistas produziram estados circulares de altíssima energia de um isótopo de estrôncio à temperatura ambiente, demonstrando uma vida útil incrivelmente longa de até 2,55 milissegundos. Utilizando as características únicas de uma cavidade que absorve a radiação de fundo do corpo negro, eles foram capazes de forçar o elétron sensível de Rydberg em outros níveis de Rydberg energeticamente próximos.

“Os estados circulares não durariam muito tempo sem essa proteção. Outra razão para sua vida útil mais longa é seu momento angular máximo, que ajuda a mantê-los a salvo da decomposição. Também mostra que os bits quânticos são menos propensos a ter erros ou serem afetados por interferências externas porque são mais estáveis.”

Um componente de pesquisa significativo foi o controle exato e a manipulação de um bit quântico de micro-ondas codificado em estados circulares. Graças a esse chamado controle coerente, os cientistas puderam mover o qubit entre estados usando pulsos de micro-ondas sem apagar suas informações quânticas.

Eles puderam determinar com precisão o tempo de vida do bit quântico e aprenderam informações cruciais sobre sua estabilidade à temperatura ambiente. Um controle eficaz e coerente é essencial para operações quânticas precisas e confiáveis.

A versatilidade dos átomos circulares de Rydberg os torna atraentes para uma ampla gama de aplicações. Uma vez que eles podem ser especificamente presos e manipulados com precisão em pinças ópticas ou outros tipos de armadilhas, eles oferecem possibilidades para uma arquitetura escalável que pode ser vantajosa para a construção de grandes sistemas de bits quânticos baseados em átomos neutros.

Referência da revista:

  1. C. Hölzl et al., Qubits circulares de Rydberg de longa vida de átomos alcalino-terrosos em pinças ópticas, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.021024
Atualizado em by Elroy Geddes
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