Um grupo de físicos do Centro de Átomos Ultracold de Harvard, do MIT e de outras universidades desenvolveram um tipo especial de computador quântico conhecido como simulador quântico programável, capaz de operar com 256 bits quânticos ou "qubits".
O sistema marca um passo importante para a criação de máquinas quânticas em grande escala que podem ser usadas para lançar luz sobre muitos processos quânticos complexos e, finalmente, ajudar a fazer avanços reais na ciência dos materiais, tecnologia de comunicação, medicina e muitos outros campos.
Qubits são os blocos de construção fundamentais que executam os computadores quânticos e são a fonte de seu enorme poder de computação.
“Isso nos leva a uma nova área onde ninguém nunca esteve antes”, disse Mikhail Lukin, um dos principais autores do estudo. "Estamos entrando em uma parte totalmente nova do mundo quântico."
É a combinação do tamanho e programação sem precedentes do sistema que o coloca na vanguarda da corrida por um computador quântico que aproveita as propriedades misteriosas da matéria em uma escala extremamente pequena para aumentar drasticamente o poder de computação, dizem os cientistas.
Sob as circunstâncias certas, aumentar o número de qubits significa que o sistema pode armazenar e processar exponencialmente mais informações do que os bits clássicos nos quais os computadores padrão são executados.
"O número de estados quânticos que são possíveis com 256 qubits excede o número de átomos do sistema solar", dizem os pesquisadores, explicando as imensas capacidades do sistema.
O simulador já permitiu aos pesquisadores observar vários estados quânticos exóticos da matéria que nunca foram realizados experimentalmente antes e estudar as transições de fase quântica com tal precisão que servem como um exemplo clássico de como o magnetismo funciona no nível quântico.
O projeto usa uma versão significativamente atualizada da plataforma desenvolvida pelos pesquisadores em 2017, que pode chegar a 51 qubits. Este antigo sistema permitiu aos pesquisadores capturar átomos de rubídio ultracold e organizá-los em uma ordem específica usando uma matriz unidimensional de feixes de laser focalizados individualmente, chamados de pinças ópticas.
O novo sistema permite que os átomos sejam coletados em arranjos bidimensionais de pinças ópticas. Isso aumenta o tamanho do sistema alcançável de 51 para 256 qubits. Usando uma pinça, os pesquisadores podem organizar os átomos em padrões sem defeitos e criar formas programáveis, como retículos quadrados, em favo de mel ou triangulares para criar diferentes interações entre os qubits.
“Nosso trabalho faz parte de uma corrida global realmente intensa e visível para construir computadores quânticos maiores e melhores”, disse Tut Wang, um dos autores do trabalho.
"As principais instituições de pesquisa acadêmica e grandes investidores privados do Google, IBM, Amazon e muitos outros estão envolvidos neste esforço comum (além do nosso)."
Os pesquisadores estão atualmente trabalhando para melhorar o sistema, melhorando o controle do laser de qubits e tornando o sistema mais programável. Eles também estão explorando ativamente como o sistema pode ser usado para novas aplicações, desde a exploração de formas exóticas de matéria quântica até a solução de problemas complexos do mundo real que podem ser codificados naturalmente em qubits.
“Este trabalho abre um grande número de novas direções científicas”, dizem os cientistas. "Estamos longe dos limites de entender o que pode ser feito com esses sistemas."
O estudo foi publicado na revista Nature.
2021-07-11 06:41:56
Autor: Vitalii Babkin