Qudits: a nova fronteira da computação quântica com estados múltiplos simultâneos

A pesquisa em computação quântica está avançando com a introdução de qudits, unidades de informação que podem representar três ou mais estados simultaneamente, em contraste com os tradicionais qubits, que apenas representam 0 ou 1. Um estudo publicado em 25 de março na revista Nature Physics detalha como cientistas utilizaram qutrits (três estados) e ququints (cinco estados) para simular interações de partículas quânticas em um campo eletromagnético. Essa abordagem é considerada promissora para prever fenômenos em colisores de partículas e reações químicas, superando as limitações dos computadores clássicos.

A coautora do estudo, Christine Muschik, destacou que, se pudesse voltar no tempo, teria optado por trabalhar com qudits desde o início, pois eles podem aumentar a eficiência e reduzir erros nas simulações. Martin Ringbauer, o autor principal, também enfatizou que, embora os qudits não sejam a solução para todos os problemas, eles são vantajosos em situações específicas. A pesquisa sugere que a utilização de qudits pode acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos, permitindo que cada unidade computacional armazene mais informações.

Apesar das vantagens, a manipulação de qudits é mais complexa do que a de qubits, conforme apontou Benjamin Brock, físico da Universidade de Yale. No entanto, muitos processadores qubit existentes, como os da IBM e Google, podem ser adaptados para operar como qutrits com ajustes menores. Experimentos realizados em laboratórios demonstraram a viabilidade de qudits com até 12 níveis, ampliando as possibilidades de aplicação na computação quântica.

Para suas simulações, os pesquisadores utilizaram um chip quântico supercondutor da IBM, normalmente empregado para qubits, e representaram os ququints com estados excitados de íons de cálcio. Essa representação é particularmente útil para modelar campos que podem assumir valores variados, facilitando a compreensão de fenômenos complexos na física quântica.