A computação quântica avançou aos trancos e barrancos nos últimos anos. Na verdade, uma vez que grandes empresas de tecnologia como IBM, Microsoft e Google começaram a mostrar interesse, parei de segui-las. No entanto, a pesquisa sobre os elementos básicos da computação quântica continua e é, para mim, mais interessante do que as realizações de engenharia dos laboratórios comerciais (que ainda são absolutamente necessárias).

De acordo com meus interesses, um grupo de pesquisadores demonstrou recentemente o primeiro memristor quântico. Este pode ser um passo crítico para trazer um tipo altamente eficiente de rede neural para o mundo da computação quântica sem um grande número de conexões quânticas.

Memristores e adicionando o quantum

O conceito de memristor remonta à década de 1970, mas durante muito tempo foi como uma meia debaixo da máquina de lavar: esquecida e não esquecida. A ideia essencial é que a corrente que flui através de um memristor depende não apenas da tensão aplicada nos terminais, mas também do história de tensão aplicada. As implementações físicas de memristores são uma grande promessa para computação de baixo consumo porque podem ser usadas para criar memória de baixo consumo.

Um memristor quântico, quando considerado à luz da informação quântica, é um pouco mais complicado. Um qubit, que armazena um único bit de informação quântica em seu estado quântico, não tem necessariamente um valor de bit bem definido. Em vez de ser um lógico um ou lógico zero, pode estar em um estado de superposição quântica. O valor do qubit só é conhecido quando o medimos: uma medição sempre revela um ou um zero. o probabilidade de obter um lógico um (ou zero) é governado pelas propriedades da superposição quântica.

O trabalho de um computador quântico é modificar suavemente essas probabilidades por meio de interações com outros estados de superposição quântica até que os resultados sejam lidos.

Agora considere um memristor neste esquema. Um memristor deve modificar o estado quântico de um qubit dependendo da valor dos qubits anteriores. Isso significa duas coisas. Primeiro, o memristor precisa preservar as propriedades quânticas de um qubit (caso contrário, nenhuma operação adicional poderá ser realizada). Segundo, para estabelecer seu próprio estado interno, o memristor precisa medir um qubit, que remove suas propriedades. De certa forma, isso significa que o memristor quântico perfeito não pode existir (para referência, existem teóricos que se ofendem com a ideia do memristor clássico, então este não é um território novo).

dividindo a diferença

Sem se deixar intimidar por essa contradição, os pesquisadores conseguiram criar um memristor quântico de qualquer maneira. Vamos começar com o núcleo da ideia. Imagine que você tem um espelho imperfeito. Se você apontar um único fóton de luz para o espelho, o fóton será refletido pelo espelho ou transmitido, com uma probabilidade que depende de quão refletivo o espelho é. Digamos que você conte os fótons transmitidos e use esse número para alterar a refletividade do espelho. Isso efetivamente cria um memristor, mas não um memristor quântico.

Para adicionar felicidade quântica, temos que modificar um pouco o experimento. Substituímos a fonte de luz por uma que envia pacotes contendo um único fóton ou nenhum fóton (um estado de superposição de um ou zero fótons). Os pacotes que são refletidos pelo espelho mantêm seu estado de sobreposição e podem ser usados ​​para cálculos futuros, enquanto aqueles que são transmitidos são medidos para modificar a refletividade do espelho. Agora temos um memristor quântico completo: a probabilidade de um qubit futuro ser refletido pelo espelho é modificada pela Atual estado qubit.

Implementar isso na prática é um pouco mais complexo, e os pesquisadores usaram diferentes propriedades dos fótons, além do número de fótons. No entanto, o comportamento (e o modelo matemático) são os mesmos e o memristor quântico funcionou como esperado.