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# Física # Física Quântica

A Ascensão do Protomon: Uma Nova Era na Computação Quântica

Descubra o protomon, um novo qubit promissor projetado pra ter um desempenho melhor.

Shashwat Kumar, Xinyuan You, Xanthe Croot, Tianpu Zhao, Danyang Chen, Sara Sussman, Anjali Premkumar, Jacob Bryon, Jens Koch, Andrew A. Houck

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Índice

Antes de mergulharmos no mundo empolgante do protomon, vamos falar sobre Qubits. Imagina que você tá jogando uma moeda. Pode dar cara, pode dar coroa, mas quando você joga, pode também tá girando naquela estado misterioso entre os dois, onde é ao mesmo tempo cara e coroa. É mais ou menos assim que os qubits funcionam, só que ao invés de moedas, usamos pedacinhos minúsculos de energia ou partículas. Eles são os blocos de construção da computação quântica-nossos computadores futuristas que podem ser muito mais rápidos do que os de hoje.

O Que Tem de Especial no Protomon?

Agora, apresentando o protomon! Esse novo qubit é tipo um super-herói no mundo quântico. Ele vive em algo chamado de “circuito de molécula de fluxônio.” Isso soa chique, mas tudo que você precisa saber é que isso significa que o protomon é feito de um jeito que torna ele resistente a certos tipos de erros.

Quando você tá tentando fazer cálculos complexos num computador quântico, erros podem aparecer, meio que nem aquela mosca chata zumbindo em volta do seu piquenique. O protomon é projetado pra ser menos sensível a esses erros incômodos-especificamente, ele não se bagunça fácil com alguns tipos comuns de ruído, o que é uma grande coisa no mundo da computação quântica!

Como Ele Funciona?

O protomon ganha seus superpoderes da sua construção única. Pense nele como uma montanha-russa que não vai só pra cima e pra baixo, mas também lida com as subidas e descidas de um jeito suave. Quando ele opera nas configurações certas, os estados lógicos desse qubit conseguem evitar alguns dos problemas comuns que outros qubits enfrentam.

Começamos construindo quatro desses qubits protomon. Quando testamos, descobrimos que eles se saíram bem, com tempos de operação decentes. Mas percebemos que o desempenho deles não correspondia totalmente ao que achávamos que deveriam ser capazes de fazer. É tipo planejar um piquenique em família num dia ensolarado, mas acabar tomando chuva. Então, precisamos descobrir o que deu errado!

A Busca por Uma Computação Quântica Sem Erros

Pra garantir que um computador quântico faça seu trabalho direito, ele precisa corrigir os erros que aparecem durante os cálculos. Esses métodos de correção de erro requerem que as Taxas de Erro do qubit fiquem abaixo de certos limites. É meio que garantir que você não coma muito bolo-se você comer demais, as coisas ficam bagunçadas!

Enquanto muitos qubits têm feito um ótimo trabalho mantendo suas taxas de erro baixas, a gente ainda quer que eles se saiam ainda melhor. Pense nisso como tentar assar o bolo perfeito. Você pode seguir a receita, mas às vezes precisa ajustar os ingredientes pra deixar tudo no ponto.

Como Melhorar o Protomon

Tem duas estratégias principais pra ajudar a melhorar o desempenho de qubits como o protomon. Um jeito é usar materiais melhores e designs engenhosos que bloqueiem o ruído o máximo possível. A segunda abordagem é controlar cuidadosamente como o qubit interage com o seu ambiente. É como tentar manter sua cozinha arrumada enquanto cozinha uma refeição grande-você tem que tomar cuidado pra não derrubar nada!

Alguns cientistas espertos até tentaram ideias malucas, como misturar tecnologia supercondutora com semicondutores, pra construir novos e estranhos designs de qubits. Isso pode ajudar a criar qubits que são mais resistentes a erros.

O Desafio do Ato de Equilíbrio

Pense em tentar andar numa corda bamba enquanto faz malabarismos. É assim que é criar um qubit que seja resistente a tipos de ruído. Um design de qubit, o fluxônio, se sai bem em um aspecto, mas tem dificuldades em outro.

Aí entra o protomon! Combinando características especiais, ele pode potencialmente lidar muito melhor com os dois tipos de ruído.

Nós projetamos o protomon para ser multitarefas. Graças a uma mágica da engenharia, ele pode operar em três modos especiais que permitem que ele evite tanto a Despolarização quanto a desfasagem, que são os dois principais tipos de ruído que podem bagunçar as coisas.

Provando Nosso Ponto

Colocamos nosso protomon à prova e descobrimos que ele se saiu incrivelmente bem nesses modos especiais. Depois que ajustamos tudo direitinho, vimos que ele estava vivendo até sua fama de super-herói. Quando medimos quanto tempo podíamos mantê-lo funcionando corretamente, descobrimos que ele aguentava por um tempo respeitável! Porém, não foi tão bom quanto planejamos, então percebemos que ainda temos trabalho pela frente.

Construindo o Protomon

Criar o protomon não é uma tarefa fácil. Imagine uma fábrica de alta tecnologia onde pedacinhos minúsculos são meticulosamente combinados com muito cuidado. Nossos protomos são criados em substratos de safira, que servem como uma ótima base.

Pra garantir que tudo esteja em ordem, usamos vários métodos pra montar os qubits, e empregamos técnicas especiais pra ajudar a minimizar imperfeições. Essa parte é crucial porque até o menor erro pode causar um grande problema depois.

Como Conferimos?

Uma vez que os protomons foram construídos e ficaram prontos, precisávamos descobrir como estavam funcionando. Usamos espectroscopia de dois tons, um termo chique que basicamente significa que olhamos de perto como o qubit reagia a diferentes frequências de sinais.

Ao ajustar esses sinais, conseguimos ver como cada protomon estava indo. Depois de realizar os experimentos, descobrimos os melhores pontos onde eles se saíam bem. Foi como encontrar o lugar perfeito na praia pra pegar sol sem se queimar!

Transformando Teoria em Prática

O protomon não é só um sonho em algum laboratório; nós realmente fizemos quatro dispositivos reais e os colocamos pra funcionar. Embora nossas expectativas fossem altas, ainda descobrimos que eles não se saíram tão bem quanto esperávamos.

Algumas das razões que podem explicar essa discrepância podem ser devido aos materiais que usamos ou talvez alguma interferência do ambiente ao redor deles. É tudo parte do processo de aprendizado, no entanto!

O Futuro do Protomon

Então, o que fazemos agora? Nós não vamos desistir! Planejamos conduzir mais testes e descobrir o que está segurando os protomons. Afinal, até super-heróis têm espaço pra crescer! Com mais investigações, esperamos melhorar seu desempenho e alcançar aquele padrão de ouro teórico que inicialmente estabelecemos.

Conclusão: A Aventura Continua

Resumindo, o protomon é um qubit fascinante que mostra promessa em melhorar a computação quântica. Embora tenhamos feito um bom progresso, ainda enfrentamos desafios que precisamos superar. A jornada de entender e aperfeiçoar o protomon continua, e estamos animados pra ver o que o futuro nos reserva!

Um Pouco de Humor pra Encerrar

Só lembre-se, construir um qubit é um pouco como cozinhar uma receita chique. Às vezes fica delicioso, e às vezes você acaba com sopa de manteiga de amendoim. No final, o objetivo é fazer algo que funcione, que tenha um gosto bom e que não te faça arrepender das suas escolhas de vida!

Fonte original

Título: Protomon: A Multimode Qubit in the Fluxonium Molecule

Resumo: Qubits that are intrinsically insensitive to depolarization and dephasing errors promise to significantly reduce the overhead of fault-tolerant quantum computing. At their optimal operating points, the logical states of these qubits exhibit both exponentially suppressed matrix elements and sweet spots in energy dispersion, rendering the qubits immune to depolarization and dephasing, respectively. We introduce a multimode qubit, the protomon, encoded in a fluxonium molecule circuit. Compared to the closely related $0$-$\pi$ qubit, the protomon offers several advantages in theory: resilience to circuit parameter disorder, minimal dephasing from intrinsic harmonic modes, and no dependence on static offset charge. As a proof of concept, we realize four protomon qubits. By tuning the qubits to various operating points identified with calibrated two-tone spectroscopy, we measure depolarization times ranging from 64 to 73 $\mu$s and dephasing times between 0.2 to 0.5 $\mu$s for one selected qubit. The discrepancy between the relatively short measured coherence times and theoretical predictions is not fully understood. This calls for future studies investigating the limiting noise factors, informing the direction for improving coherence times of the protomon qubit.

Autores: Shashwat Kumar, Xinyuan You, Xanthe Croot, Tianpu Zhao, Danyang Chen, Sara Sussman, Anjali Premkumar, Jacob Bryon, Jens Koch, Andrew A. Houck

Última atualização: 2024-11-25 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2411.16648

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.16648

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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