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In a laboratory at the University of Oxford, four atoms now share a single quantum state, and it survives for 10 seconds. Strontium and calcium atoms sit in two different locations. The sources present it as a record entanglement time that paves the way for longer links between atoms.
Num laboratório da Universidade de Oxford, quatro átomos partilham agora um único estado quântico, e este mantém-se durante 10 segundos. Os átomos de estrôncio e de cálcio estão em dois locais diferentes. As fontes apresentam-no como um tempo de emaranhamento recorde que abre caminho a ligações mais longas entre átomos.
A quantum computer works with qubits, units that can take several values at once. Their real strength comes from entanglement: when two qubits are entangled, the state of one determines the state of the other, even if they are not physically connected. Multiplied across many qubits, these correlations are what allow a quantum machine to explore many possibilities together. Entanglement also lets quantum processors share information without sharing the qubits themselves, which is the basis of distributed quantum computing.
Um computador quântico funciona com qubits, unidades que podem assumir vários valores em simultâneo. A sua verdadeira força vem do emaranhamento: quando dois qubits estão emaranhados, o estado de um determina o estado do outro, mesmo que não estejam fisicamente ligados. Multiplicadas por muitos qubits, estas correlações permitem a uma máquina quântica explorar muitas possibilidades em conjunto. O emaranhamento permite também aos processadores quânticos partilhar informação sem partilhar os próprios qubits, o que está na base da computação quântica distribuída.
The Oxford method works in two steps. Light links the strontium atoms across the two sites. Local operations then extend the entanglement to the calcium atoms, so that the four atoms form one shared state. The calcium is there for its stability: it is less sensitive to magnetic noise than strontium, and it preserves the quantum state for much longer. Using two atom types also beat the single-type approach, which kept entanglement at a few milliseconds. “Different types of atoms offer different advantages and disadvantages for quantum applications,” said Dougal Main, a researcher at Oxford. “Having more than one type in your quantum computer lets you take the best from each.”
O método de Oxford funciona em duas etapas. A luz liga os átomos de estrôncio entre os dois locais. Em seguida, operações locais estendem o emaranhamento aos átomos de cálcio, de modo que os quatro átomos formam um único estado partilhado. O cálcio está ali pela sua estabilidade: é menos sensível ao ruído magnético do que o estrôncio e preserva o estado quântico durante muito mais tempo. Usar dois tipos de átomos também superou a abordagem com um só tipo, que mantinha o emaranhamento durante alguns milissegundos. «Diferentes tipos de átomos oferecem vantagens e desvantagens diferentes para as aplicações quânticas», afirmou Dougal Main, investigador em Oxford. «Ter mais de um tipo no seu computador quântico permite aproveitar o melhor de cada um.»
What changes for the field is the ability to keep distant atoms coordinated for longer. Gabriel Araneda, also at Oxford, pointed to uses that depend on this: “That could include quantum computing, more sensitive measurements made across remote locations, and comparisons between different types of atomic clocks.” The gain is for researchers and for future quantum networks first; the sources give no timeline, no figures on how often the link fails, and no plan for scaling beyond four atoms. A 10-second link is a strong laboratory result, not yet a service anyone can buy.
O que muda para o setor é a capacidade de manter átomos distantes coordenados durante mais tempo. Gabriel Araneda, também em Oxford, apontou usos que dependem disto: «Isso pode incluir a computação quântica, medições mais sensíveis feitas em locais remotos e comparações entre diferentes tipos de relógios atómicos.» O ganho beneficia sobretudo os investigadores e as futuras redes quânticas; as fontes não dão qualquer calendário, nem dados sobre a frequência com que a ligação falha, nem plano para escalar além de quatro átomos. Uma ligação de 10 segundos é um resultado laboratorial forte, mas ainda não é um serviço que alguém possa comprar.