Esquemática
da sequência de pulsos durante o STIRAP (passagem adiabática Raman estimulada)
Uma equipe de físicos na Universidade
Aalto liderada pelo Dr. Sorin
Paraoanu conseguiu domar o famoso “estado
escuro”, criado em um qubit supercondutor. Um qubit supercondutor é um
átomo artificial fabricado num chip de silício como um circuito elétrico de
capacitores e junções túnel. Essa tecnologia é uma das mais promissoras para a construção
de computadores quânticos.
No
experimento, o circuito foi operado em um regime em que já não absorve ou emite
ondas eletromagnéticas, de certa frequência, como se ele estivesse escondido
sob uma capa de invisibilidade - daí o termo “estado escuro”. Em seguida, usando uma sequência de pulsos de micro-ondas
cuidadosamente trabalhada, a equipe empregou o estado escuro para realizar uma
transferência de energia do estado fundamental para o segundo nível, sem popular
o primeiro. A quantidade de energia transferida neste processo corresponde a um
único fóton de micro-ondas. Isto é verificado por meio de tomografia quântica -
uma técnica de reconstrução da função de onda (em geral, a matriz de densidade)
pela aplicação de rotações em um espaço abstrato de qubit seguido pelas
medições.
“A correspondência
entre os dados experimentais e o modelo teórico é bastante notável, e isso nos
dá confiança de que entendemos o que está acontecendo e podemos controlar este
sistema quântico. Isso demonstra que os sistemas de três níveis (também
chamados qutrits) podem ser usados em processadores quânticos em vez dos qubits
normais de dois níveis”, afirma Antti Vepsäläinen, que
implementou esta técnica e realizou simulações numéricas.
E há
outro fato notável sobre a experiência: para realizar a transferência, os
pesquisadores usaram uma sequência não-intuitiva, aplicando no início um pulso
que acopla o primeiro nível com o segundo e só depois de algum tempo, o pulso acopla
o nível fundamental com o primeiro nível.
“Suponha que você
queira viajar de Helsinki para Nova York e você tem que mudar o seu voo em
Londres", explica Paraoanu. “Normalmente, você
primeiro voa de Helsinki para Londres, e depois de esperar algum tempo no
aeroporto de Londres, embarca no voo Londres-Nova York. No mundo quântico seria
melhor você embarcar no avião de Helsinki a Londres em algum momento após o voo
Londres-Nova Iorque ter decolado. Você não iria gastar tempo em Londres e chegaria
a Nova York no momento em que o avião partindo de Hesinki aterrissasse em
Londres.” Isso é espantoso, mas a experiência mostra que está de
fato acontecendo.
Além
da importância para a computação quântica, o resultado também tem implicações conceituais
profundas. Grande parte da nossa compreensão da realidade baseia-se no chamado princípio
da continuidade: a ideia de que influências se propagam daqui para lá, passando
por todos os lugares intermediários. Objetos reais não aparecem em algum lugar
do nada. Mas a experiência parece desafiar isso. Como em um grande show de
mágica, a física quântica permite que as coisas se materializarem aqui e ali,
aparentemente do nada.
