Cientistas da uOttawa Desenvolvem Método Novo para Validar Desempenho de Circuitos de Fotônica Quântica

Esta descoberta tem o potencial de avançar significativamente o campo da computação quântica. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Nexus for Quantum Technologies (NexQT) da Universidade de Ottawa, liderada pelo Dr. Francesco Di Colandrea sob a supervisão do Professor Ebrahim Karimi, professor associado de física, desenvolveu uma técnica inovadora para avaliar o desempenho de circuitos quânticos. Este avanço significativo, recentemente publicado na revista npj Quantum Information, representa um salto substancial no campo da computação quântica.

No cenário em rápida evolução das tecnologias quânticas, garantir a funcionalidade e confiabilidade dos dispositivos quânticos é crucial. A capacidade de caracterizar esses dispositivos com alta precisão e rapidez é essencial para sua integração eficiente em circuitos e computadores quânticos, impactando tanto estudos fundamentais quanto aplicações práticas. A caracterização ajuda a determinar se um dispositivo opera conforme esperado, o que é necessário quando os dispositivos apresentam anomalias ou erros. Identificar e resolver esses problemas é crucial para avançar no desenvolvimento das futuras tecnologias quânticas.

Tradicionalmente, os cientistas têm utilizado a Tomografia de Processo Quântico (QPT), um método que requer um grande número de “medidas projetivas” para reconstruir completamente as operações de um dispositivo. No entanto, o número de medidas necessárias na QPT aumenta quadraticamente com a dimensionalidade das operações, apresentando desafios experimentais e computacionais significativos, especialmente para processadores de informação quântica de alta dimensionalidade.

A equipe de pesquisa da Universidade de Ottawa pioneirou uma técnica otimizada chamada Tomografia de Processo Quântico Fourier (FQPT). Este método permite a caracterização completa de operações quânticas com um número mínimo de medidas.Em vez de realizar um grande número de medidas projetivas, o FQPT utiliza um mapa bem conhecido, a transformada de Fourier, para realizar uma parte das medidas em dois espaços matemáticos diferentes. A relação física entre esses espaços aumenta as informações extraídas de medidas únicas, reduzindo significativamente o número de medidas necessárias.

Por exemplo, para processos com dimensões 2d (onde d pode ser arbitrariamente alto), são necessárias apenas sete medidas. Para validar sua técnica, os pesquisadores realizaram um experimento fotônico usando polarização óptica para codificar um qubit. O processo quântico foi realizado como uma transformação de polarização complexa dependente do espaço, aproveitando a tecnologia de cristal líquido de ponta. Este experimento demonstrou a flexibilidade e robustez do método. “A validação experimental é um passo fundamental para testar a resistência da técnica ao ruído, garantindo reconstruções robustas e de alta fidelidade em cenários experimentais realistas”, disse Francesco Di Colandrea, um pós-doutorado na Universidade de Ottawa.

Esta técnica inovadora representa um avanço notável na computação quântica. A equipe de pesquisa já está trabalhando ativamente na extensão do FQPT para operações quânticas arbitrárias, incluindo implementações não-Hermitianas e de dimensões mais altas, além de implementar técnicas de inteligência artificial para aumentar a precisão e reduzir medidas. Esta nova técnica representa uma promissora via para novos avanços na tecnologia quântica.