“Este é um avanço crucial”, diz Ramón Aguado, pesquisador do CSIC no Instituto de Ciência dos Materiais de Madrid (ICMM) e coautor do estudo. Ele explica que a equipe conseguiu recuperar informações armazenadas em qubits de Majorana aplicando uma técnica conhecida como capacitância quântica. Segundo Aguado, esse método funciona como “um sonda global sensível ao estado geral do sistema”, permitindo que os cientistas acessem informações que antes eram difíceis de observar.
Para esclarecer a importância do resultado, Aguado descreve os qubits topológicos como “caixas-fortes para informações quânticas”. Em vez de manter os dados em um local fixo, esses qubits espalham informações através de dois estados quânticos interligados chamados modos zero de Majorana. Como os dados são distribuídos dessa forma, recebem uma proteção natural.
Essa estrutura torna os qubits topológicos especialmente atraentes para a computação quântica. “Eles são inerentemente robustos contra ruídos locais que produzem decoerência, já que, para corromper a informação, uma falha teria que afetar o sistema como um todo”, explica Aguado. No entanto, essa mesma característica protetora representou um grande desafio para os pesquisadores. Como ele observa, “essa mesma virtude havia se tornado o seu calcanhar de Aquiles experimental: como ‘ler’ ou ‘detectar’ uma propriedade que não reside em nenhum ponto específico?”
Construindo a Cadeia Mínima de Kitaev
Para superar esse obstáculo, a equipe projetou uma nanostrutura modular montada a partir de pequenos componentes, semelhante a montar com blocos de Lego. Este dispositivo, chamado cadeia mínima de Kitaev, consiste em dois pontos quânticos semicondutores conectados por um supercondutor.
Aguado explica que essa abordagem permite aos pesquisadores construir o sistema do zero. “Em vez de atuar de forma cega sobre uma combinação de materiais, como em experimentos anteriores, nós o criamos de baixo para cima e conseguimos gerar modos de Majorana de maneira controlada, que é, de fato, a ideia principal do nosso projeto QuKit.” Esse design cuidadoso dá aos cientistas controle direto sobre a formação dos modos de Majorana.
Medida em Tempo Real da Paridade de Majorana
Após montar a cadeia mínima de Kitaev, a equipe aplicou a sonda de Capacitância Quântica. Pela primeira vez, foram capazes de determinar em tempo real e com uma única medição se o estado quântico combinado formado pelos dois modos de Majorana era par ou ímpar. Em termos práticos, isso revela se o qubit está em um estado preenchido ou vazio, o que define como ele armazena informações.
“O experimento confirma elegantemente o princípio de proteção: enquanto as medições de carga local não conseguem observar essa informação, a sonda global a revela claramente”, afirma Gorm Steffensen, pesquisador do ICMM CSIC que também participou do estudo.
Os pesquisadores também detectaram “saltos de paridade aleatórios”, outro resultado significativo do experimento. Ao analisar esses eventos, mediram “coerência de paridade superior a um milissegundo”, uma duração considerada altamente promissora para operações futuras envolvendo qubits topológicos baseados em modos de Majorana.
Colaboração entre Delft e ICMM CSIC
O estudo reúne uma plataforma experimental inovadora desenvolvida principalmente na Universidade de Tecnologia de Delft e trabalho teórico realizado no ICMM CSIC. Os autores enfatizam que a contribuição teórica foi “crucial para entender este experimento altamente sofisticado”, destacando o esforço conjunto por trás deste avanço na computação quântica.
