Novos computadores quânticos analógicos para resolver problemas anteriormente insolúveis

Sep 04, 2023

30 de janeiro de 2023

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por University College Dublin

Os físicos inventaram um novo tipo de computador quântico analógico que pode resolver problemas físicos difíceis que os supercomputadores digitais mais poderosos não conseguem resolver.

Uma nova pesquisa publicada na Nature Physics por cientistas colaboradores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, e da University College Dublin (UCD), na Irlanda, mostrou que um novo tipo de computador analógico altamente especializado, cujos circuitos apresentam componentes quânticos, pode resolver problemas de ponta da física quântica que antes estavam fora de alcance. Quando ampliados, esses dispositivos podem lançar luz sobre alguns dos problemas não resolvidos mais importantes da física.

Por exemplo, cientistas e engenheiros há muito desejam obter uma melhor compreensão da supercondutividade, porque os materiais supercondutores existentes - como os usados ​​em máquinas de ressonância magnética, trens de alta velocidade e redes de energia com eficiência energética de longa distância - atualmente operam apenas em temperaturas extremamente baixas. , limitando seu uso mais amplo. O santo graal da ciência dos materiais é encontrar materiais que sejam supercondutores à temperatura ambiente, o que revolucionaria seu uso em uma série de tecnologias.

O Dr. Andrew Mitchell é diretor do Centro de Engenharia Quântica, Ciência e Tecnologia da UCD (C-QueST), físico teórico da Escola de Física da UCD e co-autor do artigo.

Ele disse: "Certos problemas são simplesmente complexos demais até mesmo para os computadores clássicos digitais mais rápidos resolverem. A simulação precisa de materiais quânticos complexos, como os supercondutores de alta temperatura, é um exemplo realmente importante - esse tipo de computação está muito além das capacidades atuais porque do tempo de computação exponencial e requisitos de memória necessários para simular as propriedades de modelos realistas."

"No entanto, os avanços tecnológicos e de engenharia que impulsionam a revolução digital trouxeram consigo a capacidade sem precedentes de controlar a matéria em nanoescala. Isso nos permitiu projetar computadores analógicos especializados, chamados 'Simuladores Quânticos', que resolvem modelos específicos em física quântica por aproveitando as propriedades mecânicas quânticas inerentes de seus componentes em nanoescala. Embora ainda não tenhamos conseguido construir um computador quântico programável para todos os fins com poder suficiente para resolver todos os problemas em aberto da física, o que podemos fazer agora é construir dispositivos analógicos sob medida com componentes quânticos que podem resolver problemas específicos da física quântica."

A arquitetura desses novos dispositivos quânticos envolve componentes semicondutores híbridos de metal incorporados a um circuito nanoeletrônico, desenvolvido por pesquisadores de Stanford, UCD e do Departamento de Energia do SLAC National Accelerator Laboratory (localizado em Stanford). O Grupo Experimental de Nanociência de Stanford, liderado pelo professor David Goldhaber-Gordon, construiu e operou o dispositivo, enquanto a teoria e a modelagem foram feitas pelo Dr. Mitchell da UCD.

O professor Goldhaber-Gordon, que é pesquisador do Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, disse: "Estamos sempre criando modelos matemáticos que esperamos que capturem a essência dos fenômenos nos quais estamos interessados, mas mesmo que acreditemos que eles estão corretos, muitas vezes não são solucionáveis ​​em um período de tempo razoável."

Com um simulador quântico, "temos esses botões para girar que ninguém jamais teve antes", disse o professor Goldhaber-Gordon.