Quantum Chill Desenvolvendo os primeiros computadores quânticos “Átomos frios (neutros)” do Japão

O Instituto de Ciência Molecular lançou uma Plataforma Preparatória para Comercialização, em colaboração com 10 parceiros da indústria, para acelerar o desenvolvimento de “frios (neutros)

O Instituto de Ciência Molecular (IMS), Instituto Nacional de Ciências Naturais, estabeleceu uma “Plataforma Preparatória para Comercialização (PF)” para acelerar o desenvolvimento de novos computadores quânticos, com base na realização de um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. O lançamento do PF foi possível graças à colaboração com 10 parceiros do setor, incluindo empresas e instituições financeiras. Os 10 parceiros que aderiram ao PF incluem (listados em ordem alfabética): blueqat Inc., Development Bank of Japan Inc., Fujitsu Limited, Groovenauts, Inc., Hamamatsu Photonics KK, Hitachi, Ltd., e NEC Corporation.

Comercialização e Colaboração

Com o FP em vigor, o IMS aproveitará a experiência das empresas participantes e procurará aconselhamento e apoio em questões relacionadas com a comercialização, tais como os processos de criação de uma empresa start-up, desenvolvimento de computadores quânticos produzidos internamente e esforços de I&D para permitir a aplicação prática de computadores quânticos e seus serviços associados. Ela planeja lançar uma empresa start-up até o final do ano fiscal de 2024 e iniciar o desenvolvimento de computadores quânticos de “átomo frio (neutro)”.

Configuração experimental para o computador quântico de átomo frio (átomo neutro) do grupo Kenji Ohmori. Crédito: Takafumi Tomita

Avanços tecnológicos e competição global

Há uma competição acirrada em todo o mundo para o desenvolvimento de computadores quânticos por diversas modalidades. Contudo, subsistem uma série de questões que precisam de ser abordadas para garantir que estes computadores possam ser utilizados de forma prática; essas questões incluem a necessidade de expandir a escala desses computadores e a capacidade de tomar medidas contra erros que possam ocorrer durante a computação. Nos últimos anos, a modalidade “átomo frio (neutro), que utiliza átomos individuais como qubits, tem atraído a atenção da indústria, da academia e de governos em todo o mundo como um novo método revolucionário para superar estes problemas. Outra característica da modalidade de átomo frio (neutro) é que ela opera em temperatura ambiente e não requer refrigeradores, necessários para as modalidades qubit supercondutor e qubit de silício. O grupo Ohmori no IMS é líder mundial no desenvolvimento de computadores quânticos de átomos frios (neutros). O grupo tem uma série de vantagens tecnológicas e competências essenciais,^[1] incluindo “pinças ópticas” e tecnologias de microscópio para controlar um grande número de qubits de alta qualidade em uma superfície plana, e “portões ultrarrápidos de dois qubits” que usam um laser ultrarrápido para criar um emaranhado quântico entre dois qubits em apenas 6,5 nanossegundos. Em particular, as portas de dois qubits representam uma importante tecnologia central que permite a extraordinária velocidade computacional dos computadores quânticos. Em 2022, as portas ultrarrápidas de dois qubit desenvolvidas pelo grupo Ohmori alcançaram uma inovação disruptiva que acelera as portas de dois qubit do método convencional do átomo frio (neutro) em duas ordens de magnitude ao mesmo tempo. Ao aproveitar estes avanços técnicos e competências essenciais do grupo Ohmori, o IMS acelerará o desenvolvimento e a comercialização de computadores quânticos em colaboração com os seus parceiros industriais.

Equipe de desenvolvimento de computadores quânticos do grupo Kenji Ohmori. Crédito: grupo Kenji Ohmori

Primeira demonstração mundial de supremacia quântica usando computadores quânticos supercondutores em 2019^[2]

Mensagem do Professor John Martinis, Universidade da Califórnia, Santa Bárbara: “O professor Kenji Ohmori e sua equipe fizeram recentemente um grande avanço para superar a fraqueza do método do átomo neutro usando lasers ultrarrápidos para acelerar drasticamente sua porta de dois qubits em duas ordens de magnitude. Suas pinças ópticas e tecnologia de microscópio para manipular qubits atômicos individuais também são excelentes. A equipe é, portanto, um candidato extremamente promissor para a realização de um computador quântico prático num futuro próximo. Gostaria de participar ativamente e contribuir para a aplicação prática e comercialização de seu computador quântico, fazendo uso da minha experiência.” Mensagem de Yuki Takemori, Gerente Geral, Escritório de Promoção de Inovação, Departamento de Planejamento e Coordenação de Negócios, Development Bank of Japan Inc. Gerente Geral de Projetos da PF: “Após o rebentamento da bolha econômica, a economia japonesa passou os '30 anos perdidos' sem qualquer pista do seu crescimento futuro. Eu espero a computação quântica será uma tecnologia que trará uma evolução revolucionária para a humanidade, semelhante à Internet e inteligência artificial (IA) é um ramo da ciência da computação focado na criação de sistemas que podem executar tarefas que normalmente requerem inteligência humana. Essas tarefas incluem compreender a linguagem natural, reconhecer padrões, resolver problemas e aprender com a experiência. As tecnologias de IA usam algoritmos e grandes quantidades de dados para treinar modelos que podem tomar decisões, automatizar processos e melhorar ao longo do tempo por meio do aprendizado de máquina. As aplicações da IA ​​são diversas, impactando campos como saúde, finanças, automotivo e entretenimento, mudando fundamentalmente a forma como interagimos com a tecnologia. Crescerá e se tornará uma indústria extremamente importante para o Japão, atuando como um catalisador para o seu desenvolvimento e avanço. As capacidades tecnológicas do professor Kenji Ohmori e da sua equipa são um tesouro global e um trunfo para o renascimento da economia japonesa. Espero que este projeto se espalhe por toda parte.” Mensagem do Professor Kenji Ohmori, Instituto de Ciência Molecular: “Gostaria de expressar minha sincera gratidão pelo apoio de empresas tão ilustres ao desenvolvimento de nosso computador quântico de átomo frio (átomo neutro). Embora tenhamos absoluta confiança na nossa tecnologia básica, o desenvolvimento de computadores quânticos práticos requer a integração de uma variedade de “tecnologias facilitadoras”, incluindo electrónica convencional, software, engenharia de sistemas e arquitectura. Com o lançamento desta plataforma de comercialização, fortaleceremos ainda mais os nossos esforços de desenvolvimento e trabalharemos arduamente para criar um computador quântico que possa contribuir para a nossa sociedade o mais rapidamente possível.” Notas:

1. Competência central: uma capacidade definidora que distingue uma empresa de seus concorrentes
2. Supremacia quântica: uma demonstração da vantagem de um computador quântico sobre os computadores clássicos, incluindo supercomputadores, para processar cálculos que convencionalmente levariam muito tempo para serem processados ​​em velocidades incomparáveis

Financiamento de Pesquisa:

• Gabinete de Gabinete / Programa de P&D JST Moonshot (JPMJMS2269)
• Programa emblemático MEXT Quantum Leap (JPMXS0120181201)

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Do pó branco comum à inovação quântica desbloqueando Qubits quase silenciosos

Pesquisadores liderados pela professora Giulia Gall da Escola de Engenharia Molecular da UChicago Pritzker, juntamente com colaboradores na Suécia, usaram abordagens teóricas e computacionais para descobrir como defeitos no óxido de cálcio simples podem produzir qubits com um punhado de propriedades promissoras. Crédito: Escola de Engenharia Molecular UChicago Pritzker / Peter Allen, editado

Os pesquisadores descobriram que os átomos de bismuto incorporados no óxido de cálcio podem funcionar como qubits para computadores quânticos, fornecendo uma alternativa de baixo ruído, durável e barata aos materiais atuais. Este estudo inovador destaca seu potencial para transformar

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

O óxido de cálcio é um composto químico barato e calcário, frequentemente usado na fabricação de cimento, gesso, papel e aço. No entanto, o material comum poderá em breve ter uma aplicação mais de alta tecnologia. Os cientistas usaram abordagens teóricas e computacionais para descobrir como átomos minúsculos e solitários de bismuto incorporados no óxido de cálcio sólido podem atuar como qubits – os blocos de construção de computadores quânticos e dispositivos de comunicação quântica. Esses qubits foram descritos por

Universidade de Chicago

Fundada em 1890, a Universidade de Chicago (UChicago, U of C ou Chicago) é uma universidade privada de pesquisa em Chicago, Illinois. Localizada em um campus de 217 acres no bairro de Hyde Park, em Chicago, perto do Lago Michigan, a escola ocupa as dez primeiras posições em vários rankings nacionais e internacionais. UChicago também é conhecida por suas escolas profissionais: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School e Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, e Escola Pritzker de Engenharia Molecular.

Universidade de Chicago Pesquisadores da Escola Pritzker de Engenharia Molecular e seu colaborador na Suécia em 6 de junho na revista científica Nature Communications. “Este sistema tem propriedades ainda melhores do que esperávamos”, disse Giulia Galli, professora da família Liew na Pritzker Molecular Engineering and Chemistry e autora sênior do novo trabalho. “Ele tem um nível de ruído incrivelmente baixo, pode reter informações por muito tempo e não é feito com um material sofisticado e caro.”

O óxido de cálcio, também conhecido como cal virgem, é um composto químico branco, cáustico e alcalino derivado de calcário e outros materiais ricos em cálcio. É utilizado principalmente na produção de cimento e argamassa, bem como na siderurgia, no tratamento de água e na fabricação de vidro, cerâmica e papel. Quando misturado com água, reage exotérmicamente para formar hidróxido de cálcio, comumente conhecido como cal apagada.

Avanços no desenvolvimento Qubit

Um bit quântico, ou qubit, é a unidade básica de informação que codifica dados na computação quântica. Hoje, os pesquisadores desenvolveram muitos tipos diferentes de qubits, que geralmente são compostos de pequenos defeitos pontuais em materiais semicondutores. Algumas das propriedades desses defeitos podem ser usadas para armazenar informações. No entanto, muitos qubits existentes são incrivelmente frágeis; O “ruído” eletrônico ou magnético em seu entorno pode alterar suas propriedades, apagando qualquer informação que tenha sido codificada dentro deles. Em 2022, uma colaboração entre cientistas do Japão e os grupos de David Awschalom e Galli simulou as propriedades de mais de 12.000 materiais para descobrir novos sólidos potenciais que poderiam conter defeitos promissores agindo como qubits. Aquele trabalho revelou o óxido de cálcio como um dos vários materiais com potencial para conter qubits que codificam informações com níveis de ruído muito baixos por um período de tempo especialmente longo.

Descobrindo novos materiais quânticos

“Nosso trabalho anterior nos disse que se você encontrar os defeitos certos para colocar em sua estrutura, o óxido de cálcio seria um meio perfeito para armazenar informações quânticas”, disse Nikita Onizhuk, pós-doutoranda no grupo Galli e uma das autoras do estudo. papel. “Portanto, nosso novo objetivo era encontrar o defeito ideal.” No novo artigo, Galli e seus colegas usaram uma série de métodos computacionais que foram estabelecidos nos últimos anos para rastrear mais de 9.000 defeitos diferentes no óxido de cálcio quanto ao seu potencial como qubits. Os resultados apontaram para um tipo de defeito – no qual um antimônio, bismuto ou iodo

átomo

Um átomo é o menor componente de um elemento. É composto de prótons e nêutrons dentro do núcleo e elétrons circulando o núcleo.

O atom está incorporado na estrutura usual de cálcio e oxigênio que constitui o óxido de cálcio.

“Ele tem um nível de ruído incrivelmente baixo, pode reter informações por muito tempo e não é feito com um material sofisticado e caro.” - Profª Giulia Galli

“Nunca poderíamos ter imaginado que estes defeitos exatos seriam tão promissores”, disse Joel Davidsson, da Universidade de Linköping, o primeiro autor do artigo e principal desenvolvedor da abordagem de alto rendimento usada para descobrir novos defeitos de spin. “A única maneira de fazer isso era com procedimentos de triagem completos e imparciais.” A equipe de Galli mostrou então, por meio de suas abordagens de modelagem, que o defeito de bismuto no óxido de cálcio pode, teoricamente, codificar dados com pouco ruído e por períodos de tempo relativamente longos (vários segundos em comparação com os milissegundos de coerência mostrados por muitos qubits). Ele também tem potencial para combinar bem com dispositivos de telecomunicações devido ao índice de refração do material e à sua capacidade de emitir fótons de luz. Galli e colaboradores estão agora a trabalhar com grupos experimentais que podem construir materiais à base de óxido de cálcio e testar se as previsões são verdadeiras. “Estamos nos estágios iniciais, mas do ponto de vista da ciência fundamental, achamos que este material é muito promissor”, disse Galli. Referência: “Descoberta de defeitos de spin semelhantes a relógios atômicos em óxidos simples a partir dos primeiros princípios” por Joel Davidsson, Mykyta Onizhuk, Christian Vorwerk e Giulia Galli, 6 de junho de 2024, Comunicações da Natureza. DOI: 10.1038/s41467-024-49057-8 Financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo Centro Sueco de Pesquisa em Ciência Eletrônica (SeRC), pela Fundação Knut e Alice Wallenberg, pelo Conselho Sueco de Pesquisa, uma bolsa de doutorado do Google e o Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.

https://w3b.com.br/do-po-branco-comum-a-inovacao-quantica-desbloqueando-qubits-quase-silenciosos/?feed_id=14484&_unique_id=671e9befef41e

Onientistas revelam detecção quântica óptica inovadora

Pesquisadores da Universidade de Paderborn desenvolveram um novo método para analisar estados quânticos ópticos com detecção homódina, avançando significativamente a tecnologia de computação quântica. (Conceito do artista). Crédito: SciTechDaily.com

Pesquisadores da Universidade de Paderborn usaram um novo método para determinar as características dos estados quânticos ópticos, ou seja, baseados na luz. Pela primeira vez, eles estão usando certos

fóton

Um fóton é uma partícula de luz. É a unidade básica da luz e de outras radiações eletromagnéticas e é responsável pela força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Os fótons não têm massa, mas têm energia e momento. Eles viajam à velocidade da luz no vácuo e podem ter diferentes comprimentos de onda, que correspondem a diferentes cores de luz. Os fótons também podem ter energias diferentes, que correspondem a diferentes frequências de luz.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">fóton detectores – dispositivos que podem detectar partículas de luz individuais – para a chamada detecção homódina. A capacidade de caracterizar estados quânticos ópticos torna o método uma ferramenta essencial para o processamento de informações quânticas. O conhecimento preciso das características é importante para uso em computadores quânticos, por exemplo. Os resultados já foram publicados na revista especializada Ótica Quântica. “A detecção homodina é um método frequentemente usado em óptica quântica para investigar a natureza ondulatória dos estados quânticos ópticos”, explica Timon Schapeler, do grupo de trabalho de Óptica Quântica Mesoscópica de Paderborn, no Departamento de Física. Juntamente com o Dr. Maximilian Protte, ele usou o método para investigar as chamadas variáveis ​​contínuas dos estados quânticos ópticos. Isso envolve as propriedades variáveis ​​das ondas de luz. Podem ser, por exemplo, a amplitude ou a fase, ou seja, o comportamento de oscilação das ondas, que são importantes para a manipulação direcionada da luz, entre outras coisas.

Avanço na detecção de fótons

Pela primeira vez, os físicos usaram detectores de fóton único de nanofios supercondutores para as medições – atualmente os dispositivos mais rápidos para contagem de fótons. Com sua configuração experimental especial, os dois cientistas mostraram que um detector homódino com detectores supercondutores de fóton único tem uma resposta linear ao fluxo de fótons de entrada. Traduzido, isso significa que o sinal medido é proporcional ao sinal de entrada. “Em princípio, a integração de detectores supercondutores de fóton único traz muitas vantagens na área de variáveis ​​contínuas, entre elas a estabilidade intrínseca de fase. Esses sistemas também têm quase 100% de eficiência de detecção no chip. Isto significa que nenhuma partícula é perdida durante a detecção. Nossos resultados podem permitir o desenvolvimento de detectores homódinos altamente eficientes com detectores sensíveis a fóton único”, diz Schapeler. Trabalhar com variáveis ​​contínuas de luz abre possibilidades novas e emocionantes no processamento de informações quânticas além dos qubits, as unidades de computação usuais dos computadores quânticos. Referência: “Detecção homódina balanceada de baixo ruído com detectores de fóton único de nanofios supercondutores” por Timon Schapeler, Tim J. Bartley, Maximilian Protte e Jan Sperling, 24 de fevereiro de 2024, Óptica Quantum. DOI: doi:10.1364/OPTICAQ.502201

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estabelecendo as bases para a Internet Quântica

Dra. Sarah Thomas trabalhando no laboratório de óptica quântica. Crédito: Thomas Angus/Imperial College Londres

Os pesquisadores produziram, armazenaram e recuperaram informações quânticas pela primeira vez, uma etapa crítica nas redes quânticas. A capacidade de compartilhar informações quânticas é crucial para o desenvolvimento de redes quânticas para computação distribuída e comunicação segura. A computação quântica será útil para resolver alguns tipos importantes de problemas, como otimizar o risco financeiro, descriptografar dados, projetar moléculas e estudar as propriedades dos materiais.

“A interface de dois dispositivos principais é um passo crucial para permitir redes quânticas, e estamos realmente entusiasmados por sermos a primeira equipe capaz de demonstrar isso.” - Dra.

No entanto, este desenvolvimento está a ser adiado porque a informação quântica pode ser perdida quando transmitida a longas distâncias. Uma forma de superar essa barreira é dividir a rede em segmentos menores e conectá-los todos com um estado quântico compartilhado. Para fazer isso, é necessário um meio de armazenar as informações quânticas e recuperá-las novamente: isto é, um dispositivo de memória quântica. Isto deve “falar” com outro dispositivo que permita a criação de informação quântica em primeiro lugar. Pela primeira vez, os pesquisadores criaram um sistema desse tipo que faz a interface entre esses dois componentes principais e usa fibras ópticas regulares para transmitir os dados quânticos. O feito foi alcançado por pesquisadores da

Colégio Imperial de Londres

Fundada em 8 de julho de 1907, pela Royal Charter, a Imperial College London é uma universidade pública de pesquisa em Londres com foco em ciência, engenharia, medicina e negócios. Seu campus principal está localizado em South Kensington e possui um campus de inovação em White City, uma estação de campo de pesquisa em Silwood Park e hospitais universitários em Londres. Seu nome legal completo é Imperial College of Science, Technology and Medicine.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">Imperial College Londresa Universidade de Southampton e as Universidades de Stuttgart e Wurzburg na Alemanha, com os resultados publicados em Avanços da Ciência. A coautora, Dra. Sarah Thomas, do Departamento de Física do Imperial College London, disse: “A interface de dois dispositivos principais é um passo crucial para permitir redes quânticas, e estamos realmente entusiasmados por ser a primeira equipe a ter sido capaz de demonstrar isso.” O coautor Lukas Wagner, da Universidade de Stuttgart, acrescentou: “Permitir que locais de longa distância, e até mesmo computadores quânticos, se conectem é uma tarefa crítica para futuras redes quânticas”.

A configuração dos pontos quânticos da equipe. Crédito: Imperial College Londres

Comunicação de longa distância

Nas telecomunicações normais – como a Internet ou as linhas telefónicas – a informação pode perder-se em grandes distâncias. Para combater isso, esses sistemas utilizam 'repetidores' em pontos regulares, que leem e reamplificam o sinal, garantindo que ele chegue intacto ao seu destino. Os repetidores clássicos, entretanto, não podem ser usados ​​com informação quântica, pois qualquer tentativa de ler e copiar a informação a destruiria. Isto é uma vantagem por um lado, já que as conexões quânticas não podem ser “aproveitadas” sem destruir as informações e alertar os usuários. Mas é um desafio a ser enfrentado nas redes quânticas de longa distância. Uma maneira de superar esse problema é compartilhar informações quânticas na forma de partículas emaranhadas de luz, ou fótons. Os fótons emaranhados compartilham propriedades de tal forma que não é possível compreender um sem o outro. Para compartilhar o emaranhamento por longas distâncias em uma rede quântica, você precisa de dois dispositivos: um para criar os fótons emaranhados e outro para armazená-los e permitir que sejam recuperados posteriormente. Existem vários dispositivos usados ​​para criar informações quânticas na forma de fótons emaranhados e para armazená-las, mas gerar esses fótons sob demanda e ter uma memória quântica compatível para armazená-los escapou aos pesquisadores por muito tempo. Os fótons têm certos comprimentos de onda (que, na luz visível, criam cores diferentes), mas os dispositivos para criá-los e armazená-los são frequentemente ajustados para funcionar com comprimentos de onda diferentes, impedindo-os de interagir. Para fazer a interface dos dispositivos, a equipe criou um sistema onde ambos os dispositivos usavam o mesmo comprimento de onda. Um 'ponto quântico' produzia fótons (não emaranhados), que eram então passados ​​para um sistema de memória quântica que armazenava os fótons dentro de uma nuvem de átomos de rubídio. Um laser “ligava” e “desligava” a memória, permitindo que os fótons fossem armazenados e liberados sob demanda. estabelecendo as bases para a Internet Quântica Não só o comprimento de onda destes dois dispositivos corresponde, como também está no mesmo comprimento de onda das redes de telecomunicações utilizadas atualmente – permitindo que seja transmitido com cabos de fibra ótica normais, familiares às ligações diárias à Internet.

Colaboração Europeia

A fonte de luz de pontos quânticos foi criada por pesquisadores da Universidade de Stuttgart com o apoio da Universidade de Wurzburg, e depois trazida para o Reino Unido para fazer interface com o dispositivo de memória quântica criado pela equipe Imperial e de Southampton. O sistema foi montado em um laboratório subterrâneo do Imperial College London.

“O avanço desta vez foi reunir especialistas para desenvolver e executar cada parte do experimento com equipamentos especializados e trabalhar juntos para sincronizar os dispositivos.” - Dr.

Embora tenham sido criados pontos quânticos independentes e memórias quânticas que são mais eficientes do que o novo sistema, esta é a primeira prova de que os dispositivos podem ser feitos para interface, e em comprimentos de onda de telecomunicações. estabelecendo as bases para a Internet Quântica A equipe agora tentará melhorar o sistema, inclusive garantindo que todos os fótons sejam produzidos no mesmo comprimento de onda, melhorando por quanto tempo os fótons podem ser armazenados e tornando todo o sistema menor. No entanto, como prova de conceito, este é um passo importante, diz o coautor Dr. Patrick Ledingham, da Universidade de Southampton: “Os membros da comunidade quântica têm tentado ativamente esta ligação há algum tempo. Isso inclui nós, que já tentamos esse experimento duas vezes antes com diferentes dispositivos de memória e pontos quânticos, há mais de cinco anos, o que só mostra o quão difícil é fazer isso. estabelecendo as bases para a Internet Quântica “O avanço desta vez foi reunir especialistas para desenvolver e executar cada parte do experimento com equipamentos especializados e trabalhar juntos para sincronizar os dispositivos.” Referência: “Armazenamento determinístico e recuperação de luz de telecomunicações a partir de um ponto quântico único

fóton

Um fóton é uma partícula de luz. É a unidade básica da luz e de outras radiações eletromagnéticas e é responsável pela força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Os fótons não têm massa, mas têm energia e momento. Eles viajam à velocidade da luz no vácuo e podem ter diferentes comprimentos de onda, que correspondem a diferentes cores de luz. Os fótons também podem ter energias diferentes, que correspondem a diferentes frequências de luz.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">fóton fonte interligada com uma memória quântica atômica” por Sarah E. Thomas, Lukas Wagner, Raphael Joos, Robert Sittig, Cornelius Nawrath, Paul Burdekin, Ilse Maillette de Buy Wenniger, Mikhael J. Rasiah, Tobias Huber-Loyola, Steven Sagona-Stophel, Sven Höfling, Michael Jetter, Peter Michler, Ian A. Walmsley, Simone L. Portalupi e Patrick M. Ledingham, 12 de abril de 2024, Avanços da Ciência. DOI: 10.1126/sciadv.adi7346 A pesquisa faz parte do projeto financiado pela UE 'Qurope: repetidores quânticos usando emaranhamento fotônico sob demanda'.

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Mais de 1.000 Qubits alcançados – Físicos estabelecem recorde mundial para computadores quânticos baseados em átomos

Mais de 1.000 Qubits alcançados

Os pesquisadores da TU Darmstadt desenvolveram um processador quântico com mais de 1.000 qubits atômicos, marcando um avanço significativo na escalabilidade da computação quântica. Este avanço poderia permitir a expansão futura de qubits para 10.000, melhorando diversas aplicações tecnológicas.

Um novo recorde foi estabelecido para computadores quânticos baseados em átomos.

Ampliar sistemas quânticos é essencial para o avanço

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quântica, à medida que seus benefícios se tornam mais aparentes em sistemas maiores. Os pesquisadores da TU Darmstadt fizeram progressos significativos para atingir esse objetivo. Os resultados de suas pesquisas foram agora publicados na prestigiada revista Óptica. Processadores quânticos baseados em matrizes bidimensionais de pinças ópticas, que são criados usando feixes de laser focalizados, são uma das tecnologias mais promissoras para o desenvolvimento de computação e simulação quântica que permitirão aplicações altamente benéficas no futuro. Uma gama diversificada de aplicações, desde o desenvolvimento de medicamentos até à otimização dos fluxos de tráfego, beneficiará desta tecnologia.

Avanço na tecnologia Quantum Bit

Esses processadores têm sido capazes de armazenar centenas de

átomo

Um átomo é o menor componente de um elemento. É composto de prótons e nêutrons dentro do núcleo e elétrons circulando o núcleo.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">atom sistemas quânticos até agora, em que cada átomo representa um bit quântico ou qubit como a unidade básica de informação quântica. Para avançar ainda mais, é necessário aumentar o número de qubits nos processadores. Isto foi agora conseguido por uma equipa liderada pelo Professor Gerhard Birkl do “Átomos – Fótons – Quanta”grupo de pesquisa do Departamento de Física da TU Darmstadt. Em um artigo de pesquisa, que foi publicado pela primeira vez no início de outubro de 2023 no servidor de pré-impressão arXiv e agora também foi publicado após revisão científica por pares na prestigiada revista Ópticaa equipe relata o primeiro experimento bem-sucedido do mundo para realizar uma arquitetura de processamento quântico que contém mais de 1.000 qubits atômicos em um único plano. “Estamos extremamente satisfeitos por termos sido os primeiros a quebrar a marca de 1.000 qubits atômicos controláveis ​​individualmente, porque muitos outros concorrentes de destaque estão em nosso encalço”, diz Birkl sobre seus resultados.

Métodos Inovadores e Perspectivas Futuras

Os pesquisadores conseguiram demonstrar em seus experimentos que sua abordagem de combinar os mais recentes métodos ópticos quânticos com tecnologia microóptica avançada lhes permitiu aumentar significativamente os limites atuais do número acessível de qubits. Isto foi conseguido através da introdução do novo método de “superalimentação quântica de bits”. Isso lhes permitiu superar as restrições impostas ao número de qubits utilizáveis ​​pelo desempenho limitado dos lasers. 1.305 qubits de átomo único foram carregados em uma matriz quântica com 3.000 locais de armadilha e remontados em estruturas alvo livres de defeitos com até 441 qubits. Ao utilizar várias fontes de laser em paralelo, este conceito rompeu as fronteiras tecnológicas que até agora eram consideradas quase intransponíveis. Para muitas aplicações diferentes, 1.000 qubits são vistos como o valor limite a partir do qual o aumento de eficiência prometido pelos computadores quânticos pode agora ser demonstrado pela primeira vez. Investigadores de todo o mundo têm trabalhado intensamente para serem os primeiros a ultrapassar este limiar. O trabalho de pesquisa publicado recentemente demonstra que, para qubits atômicos, esse avanço foi alcançado pela primeira vez em todo o mundo pelo grupo de pesquisa liderado pelo Professor Birkl. A publicação científica também descreve como aumentos adicionais no número de fontes de laser permitirão números de qubit de 10.000 ou mais em apenas alguns anos. Referência: “Matriz de pinça bidimensional superalimentada com mais de 1000 qubits atômicos” por Malte Schlosser, Marcel Mittenbühler, Gerhard Birkl, Lukas Sturm, Dominik Schäffner, Stephan Amann, Lars Pause e Tilman Preuschoff, 19 de fevereiro de 2024, Óptica. DOI: doi:10.1364/OPTICA.513551

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Como o MIT está redefinindo a computação quântica com um novo controle de emaranhamento

Como o MIT está redefinindo a computação

Num grande sistema quântico composto por muitas partes interligadas, pode-se pensar no emaranhamento como a quantidade de informação quântica partilhada entre um determinado subsistema de qubits (representado como esferas com setas) e o resto do sistema maior. O emaranhado dentro de um sistema quântico pode ser categorizado como lei de área ou lei de volume com base em como essa informação compartilhada se adapta à geometria dos subsistemas, conforme ilustrado aqui. Crédito: Eli Krantz, Krantz NanoArt

O avanço oferece uma forma de caracterizar um recurso fundamental necessário para

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quântica. O emaranhamento é uma forma de correlação entre objetos quânticos, como partículas em escala atômica. Este fenómeno exclusivamente quântico não pode ser explicado pelas leis da física clássica, mas é uma das propriedades que explica o comportamento macroscópico dos sistemas quânticos. Como o emaranhamento é fundamental para o modo como os sistemas quânticos funcionam, compreendê-lo melhor poderia dar aos cientistas uma noção mais profunda de como a informação é armazenada e processada de forma eficiente em tais sistemas. Qubits, ou bits quânticos, são os blocos de construção de um computador quântico. No entanto, é extremamente difícil criar estados emaranhados específicos em sistemas com muitos qubits, e muito menos investigá-los. Há também uma variedade de estados emaranhados e diferenciá-los pode ser um desafio. Agora,

MIT

MIT é um acrônimo para Instituto de Tecnologia de Massachusetts. É uma prestigiosa universidade privada de pesquisa em Cambridge, Massachusetts, fundada em 1861. Está organizada em cinco escolas: arquitetura e planejamento; Engenharia; humanidades, artes e ciências sociais; gerenciamento; e ciência. O impacto do MIT inclui muitas descobertas científicas e avanços tecnológicos. Seu objetivo declarado é criar um mundo melhor por meio da educação, pesquisa e inovação.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">MIT pesquisadores demonstraram uma técnica para gerar com eficiência o emaranhamento entre uma série de qubits supercondutores que exibem um tipo específico de comportamento. Nos últimos anos, os pesquisadores da Engineering Quantum Systems (EQuSO grupo desenvolveu técnicas usando tecnologia de micro-ondas para controlar com precisão um processador quântico composto por circuitos supercondutores. Além dessas técnicas de controle, os métodos introduzidos neste trabalho permitem que o processador gere com eficiência estados altamente emaranhados e mude esses estados de um tipo de emaranhamento para outro - inclusive entre tipos que têm maior probabilidade de suportar aceleração quântica e aqueles que não são. “Aqui, estamos demonstrando que podemos utilizar os processadores quânticos emergentes como uma ferramenta para aprofundar nossa compreensão da física. Embora tudo o que fizemos neste experimento tenha sido em uma escala que ainda pode ser simulada em um computador clássico, temos um bom roteiro para dimensionar esta tecnologia e metodologia além do alcance da computação clássica”, diz Amir H. Karamlou '18, MEng ' 18, PhD '23, autor principal do artigo. O autor sênior é William D. Oliver, professor Henry Ellis Warren de engenharia elétrica e ciência da computação e de física, diretor do Centro de Engenharia Quântica, líder do grupo EQuS e diretor associado do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica. Karamlou e Oliver são acompanhados pelo cientista pesquisador Jeff Grover, pelo pós-doutorado Ilan Rosen e outros nos departamentos de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e de Física do MIT, no Laboratório Lincoln do MIT, e no Wellesley College e na Universidade de Maryland. A pesquisa foi publicada recentemente na revista Natureza.

Avaliando o emaranhamento

Num grande sistema quântico compreendendo muitos qubits interligados, pode-se pensar no emaranhamento como a quantidade de informação quântica partilhada entre um determinado subsistema de qubits e o resto do sistema maior. O emaranhado dentro de um sistema quântico pode ser categorizado como lei de área ou lei de volume, com base em como essa informação compartilhada se adapta à geometria dos subsistemas. No emaranhamento da lei de volume, a quantidade de emaranhamento entre um subsistema de qubits e o resto do sistema cresce proporcionalmente ao tamanho total do subsistema. Por outro lado, o emaranhamento da lei de área depende de quantas conexões compartilhadas existem entre um subsistema de qubits e o sistema maior. À medida que o subsistema se expande, a quantidade de emaranhamento só aumenta ao longo da fronteira entre o subsistema e o sistema maior. Em teoria, a formação do emaranhamento da lei dos volumes está relacionada com o que torna a computação quântica tão poderosa. “Embora ainda não tenhamos abstraído totalmente o papel que o emaranhamento desempenha nos algoritmos quânticos, sabemos que gerar emaranhamento de lei de volume é um ingrediente chave para obter uma vantagem quântica”, diz Oliver. No entanto, o emaranhamento da lei de volume também é mais complexo do que o emaranhamento da lei de área e praticamente proibitivo em escala para simular usando um computador clássico. “À medida que aumenta a complexidade do seu sistema quântico, torna-se cada vez mais difícil simulá-lo com computadores convencionais. Se estou tentando acompanhar totalmente um sistema com 80 qubits, por exemplo, precisarei armazenar mais informações do que armazenamos ao longo da história da humanidade”, diz Karamlou. Os pesquisadores criaram um processador quântico e um protocolo de controle que lhes permite gerar e investigar com eficiência ambos os tipos de emaranhamento. Seu processador compreende circuitos supercondutores, que são usados ​​para projetar átomos artificiais. Os átomos artificiais são utilizados como qubits, que podem ser controlados e lidos com alta

precisão

Quão próximo o valor medido está em conformidade com o valor correto.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">precisão usando sinais de microondas. O dispositivo utilizado para este experimento continha 16 qubits, dispostos em uma grade bidimensional. Os pesquisadores ajustaram cuidadosamente o processador para que todos os 16 qubits tivessem a mesma frequência de transição. Em seguida, eles aplicaram um drive de micro-ondas adicional a todos os qubits simultaneamente. Se esse drive de micro-ondas tiver a mesma frequência dos qubits, ele gerará estados quânticos que exibem emaranhamento de lei de volume. No entanto, à medida que a frequência de micro-ondas aumenta ou diminui, os qubits exibem menos emaranhamento de lei de volume, eventualmente passando para estados emaranhados que seguem cada vez mais uma escala de lei de área.

Controle cuidadoso

“Nosso experimento é um tour de force das capacidades dos processadores quânticos supercondutores. Em um experimento, operamos o processador tanto como um dispositivo de simulação analógico, permitindo-nos preparar eficientemente estados com diferentes estruturas de emaranhamento, quanto como um dispositivo de computação digital, necessário para medir a escala de emaranhamento resultante”, diz Rosen. Para permitir esse controle, a equipe trabalhou anos na construção cuidadosa da infraestrutura em torno do processador quântico. Ao demonstrar o cruzamento da lei do volume para o emaranhamento da lei da área, os pesquisadores confirmaram experimentalmente o que os estudos teóricos haviam previsto. Mais importante ainda, este método pode ser usado para determinar se o emaranhamento em um processador quântico genérico é lei de área ou lei de volume. “O experimento do MIT ressalta a distinção entre emaranhamento de lei de área e lei de volume em simulações quânticas bidimensionais usando qubits supercondutores. Isto complementa lindamente nosso trabalho em tomografia hamiltoniana de emaranhamento com íons presos em um publicação paralela publicado em Natureza em 2023”, diz Peter Zoller, professor de física teórica na Universidade de Innsbruck, que não esteve envolvido neste trabalho. “Quantificar o emaranhamento em grandes sistemas quânticos é uma tarefa desafiadora para computadores clássicos, mas um bom exemplo de onde a simulação quântica pode ajudar”, diz Pedram Roushan, do Google, que também não esteve envolvido no estudo. “Usando um conjunto 2D de qubits supercondutores, Karamlou e colegas foram capazes de medir a entropia de emaranhamento de vários subsistemas de vários tamanhos. Eles medem as contribuições da lei de volume e da lei de área para a entropia, revelando o comportamento cruzado à medida que a energia do estado quântico do sistema é ajustada. Ele demonstra poderosamente os insights exclusivos que os simuladores quânticos podem oferecer.” No futuro, os cientistas poderão utilizar esta técnica para estudar o comportamento termodinâmico de sistemas quânticos complexos, que é demasiado complexo para ser estudado usando os métodos analíticos atuais e praticamente proibitivo de simular até mesmo nos supercomputadores mais poderosos do mundo. “As experiências que fizemos neste trabalho podem ser usadas para caracterizar ou avaliar sistemas quânticos de grande escala, e também podemos aprender algo mais sobre a natureza do emaranhamento nestes sistemas de muitos corpos”, diz Karamlou. Referência: “Probing entanglement in a 2D hard-core Bose-Hubbard lattice” por Amir H. Karamlou, Ilan T. Rosen, Sarah E. Muschinske, Cora N. Barrett, Agustin Di Paolo, Leon Ding, Patrick M. Harrington, Max Hays, Rabindra Das, David K. Kim, Bethany M. Niedzielski, Meghan Schuldt, Kyle Serniak, Mollie E. Schwartz, Jonilyn L. Yoder, Simon Gustavsson, Yariv Yanay, Jeffrey A. Grover e William D. Oliver, 24 de abril de 2024 , Natureza. DOI: 10.1038/s41586-024-07325-z Coautores adicionais do estudo são Sarah E. Muschinske, Cora N. Barrett, Agustin Di Paolo, Leon Ding, Patrick M. Harrington, Max Hays, Rabindra Das, David K. Kim, Bethany M. Niedzielski, Meghan Schuldt, Kyle Serniak, Mollie E. Schwartz, Jonilyn L. Yoder, Simon Gustavsson e Yariv Yanay. Esta pesquisa é financiada, em parte, pelo Departamento de Energia dos EUA, pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA, pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, pela National Science Foundation, pelo STC Center for Integrated Quantum Materials, pelo Wellesley College Samuel e Hilda Levitt Fellowship. ,

NASA

Fundada em 1958, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) é uma agência independente do Governo Federal dos Estados Unidos que sucedeu ao Comitê Consultivo Nacional para Aeronáutica (NACA). É responsável pelo programa espacial civil, bem como pela pesquisa aeronáutica e aeroespacial. Sua visão é "Descobrir e expandir o conhecimento para o benefício da humanidade." Seus valores fundamentais são "segurança, integridade, trabalho em equipe, excelência e inclusão." A NASA conduz pesquisas, desenvolve tecnologia e lança missões para explorar e estudar a Terra, o sistema solar e o universo além. Também trabalha para promover o estado do conhecimento numa ampla gama de campos científicos, incluindo ciências da Terra e do espaço, ciências planetárias, astrofísica e heliofísica, e colabora com empresas privadas e parceiros internacionais para atingir os seus objetivos.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">NASAe o Instituto Oak Ridge de Ciência e Educação.

https://w3b.com.br/como-o-mit-esta-redefinindo-a-computacao-quantica-com-um-novo-controle-de-emaranhamento/?feed_id=7525&_unique_id=66775213646e4

Chip de silício ultrapuro desencadeia uma revolução na computação quântica

Uma colaboração entre as Universidades de Melbourne e Manchester levou a um método inovador para a produção de silício ultrapuro, aumentando o potencial para computadores quânticos escaláveis ​​e precisos. Esta técnica amplia a coerência quântica, reduzindo significativamente os erros de computação e permitindo cálculos complexos que superam os computadores tradicionais.

Pesquisadores das Universidades de Melbourne e Manchester inventaram uma técnica inovadora para a fabricação de silício altamente purificado que aproxima os poderosos computadores quânticos. A nova técnica para projetar silício ultrapuro torna-o o material perfeito para fabricar computadores quânticos em escala e com alta

precisão

Quão próximo o valor medido está em conformidade com o valor correto.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">precisãodizem os pesquisadores.

Melhorando a Coerência Quântica

O coorientador do projeto, Professor David Jamieson, da Universidade de Melbourne, disse que a inovação – publicada hoje (7 de maio de 2024) em Matéria de Comunicaçãoiaisa Natureza revista – usa qubits de átomos de fósforo implantados em cristais de silício puro e estável e pode superar uma barreira crítica para

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quântica ao prolongar a duração de situações notoriamente frágeis coerência quântica. “A coerência quântica frágil significa que os erros de computação se acumulam rapidamente. Com a coerência robusta fornecida pela nossa nova técnica, os computadores quânticos poderiam resolver em horas ou minutos alguns problemas que levariam séculos aos computadores convencionais ou “clássicos” – até mesmo aos supercomputadores”, disse o professor Jamieson.

Um qubit - como um núcleo atômico, elétron ou

fóton

Um fóton é uma partícula de luz. É a unidade básica da luz e de outras radiações eletromagnéticas e é responsável pela força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Os fótons não têm massa, mas têm energia e momento. Eles viajam à velocidade da luz no vácuo e podem ter diferentes comprimentos de onda, que correspondem a diferentes cores de luz. Os fótons também podem ter energias diferentes, que correspondem a diferentes frequências de luz.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">fóton – é um objeto quântico quando está em uma superposição quântica de múltiplos estados. A coerência é perdida quando o qubit reverte para um estado único e se torna um objeto clássico como um bit de computador convencional, que é sempre apenas um ou zero e nunca está em superposição.

Bits quânticos ou qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – são suscetíveis a pequenas mudanças no seu ambiente, incluindo flutuações de temperatura. Mesmo quando operado em refrigeradores tranquilos perto

zero absoluto

O zero absoluto é a temperatura teórica mais baixa na escala de temperatura termodinâmica. A esta temperatura, todos os átomos de um objeto estão em repouso e o objeto não emite nem absorve energia. O valor acordado internacionalmente para esta temperatura é −273,15 °C (−459,67 °F; 0,00 K).

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">zero absoluto (menos 273 graus

Celsius

A escala Celsius, também conhecida como escala centígrada, é uma escala de temperatura que leva o nome do astrônomo sueco Anders Celsius. Na escala Celsius, 0°C é o ponto de congelamento da água e 100°C é o ponto de ebulição da água a 1 atm de pressão.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">Celsius), os computadores quânticos atuais podem manter uma coerência livre de erros por apenas uma pequena fração de segundo. O co-orientador da Universidade de Manchester, professor Richard Curry, disse que o silício ultrapuro permitiu a construção de dispositivos qubit de alto desempenho – um componente crítico necessário para abrir caminho para computadores quânticos escaláveis. “O que conseguimos fazer foi criar efetivamente um 'tijolo' crítico necessário para construir um computador quântico baseado em silício. É um passo crucial para criar uma tecnologia que tenha potencial para ser transformadora para a humanidade”, disse o professor Curry.

O autor principal e estudante de doutorado da Universidade de Melbourne / Universidade de Manchester, Ravi Acharya, prepara um chip de silício para enriquecimento no laboratório de feixe de íons focado em P-NAME da Universidade de Manchester. Crédito: Universidade de Melbourne/Universidade de Manchester

O papel do silício na tecnologia quântica

O autor principal, Ravi Acharya, bolsista conjunto da Universidade de Manchester / Universidade de Melbourne Cookson, disse que a grande vantagem da computação quântica de chips de silício é que ela usa as mesmas técnicas essenciais que fabricam os chips usados ​​nos computadores atuais. “Os chips eletrônicos atualmente presentes em um computador comum consistem em bilhões de transistores - eles também podem ser usados ​​para criar qubits para dispositivos quânticos baseados em silício. A capacidade de criar qubits de silício de alta qualidade foi em parte limitada até o momento pela pureza do material inicial de silício utilizado. A pureza inovadora que mostramos aqui resolve este problema.” O professor Jamieson disse que os novos chips de computador de silício altamente purificados abrigam e protegem os qubits para que possam sustentar a coerência quântica por muito mais tempo, permitindo cálculos complexos com necessidade bastante reduzida de correção de erros. “Nossa técnica abre caminho para computadores quânticos confiáveis ​​que prometem mudanças radicais em toda a sociedade, inclusive em inteligência artificial, dados e comunicações seguras, design de vacinas e medicamentos e uso de energia, logística e fabricação”, disse ele. O silício – feito da areia da praia – é o material chave para a indústria atual de tecnologia da informação porque é um material abundante e versátil. semicondutor: pode atuar como condutor ou isolante de corrente elétrica, dependendo de quais outros elementos químicos lhe sejam adicionados. “Outros estão experimentando alternativas, mas acreditamos que o silício é o principal candidato para chips de computador quântico que permitirão a coerência duradoura necessária para cálculos quânticos confiáveis”, disse o professor Jamieson.

Os coautores (esquerda) Prof David Jamieson (Universidade de Melbourne) e (direita) Dr. Maddison Coke (Universidade de Manchester) inspecionam o sistema de feixe de íons focado P-NAME na Universidade de Manchester usado para o projeto de enriquecimento de silício. Crédito: Universidade de Melbourne / Universidade de Manchester

Purificando Silício para Computação Quântica

“O problema é que, embora o silício que ocorre naturalmente seja principalmente o desejável isótopo silício-28, há também cerca de 4,5% de silício-29. O Silício-29 tem um nêutron extra em cada

átomo

Um átomo é o menor componente de um elemento. É composto de prótons e nêutrons dentro do núcleo e elétrons circulando o núcleo.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">atomdo núcleo que atua como um minúsculo ímã desonesto, destruindo a coerência quântica e criando erros de computação”, disse ele. Os pesquisadores direcionaram um feixe focado e de alta velocidade de silício-28 puro em um chip de silício, de modo que o silício-28 substituiu gradualmente os átomos de silício-29 no chip, reduzindo o silício-29 de 4,5% para duas partes por milhão (0,0002% ). “A grande notícia é purificar o silício a este nível, agora podemos usar uma máquina padrão – um implantador de íons – que você encontraria em qualquer laboratório de fabricação de semicondutores, ajustado para uma configuração específica que projetamos”, disse o professor Jamieson.

Perspectivas e Impacto Futuro

Em pesquisa publicada anteriormente com o Centro de Excelência ARC para Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação, a Universidade de Melbourne estabeleceu – e ainda mantém – o recorde mundial de coerência de qubit único de 30 segundos usando silício menos purificado. 30 segundos é tempo suficiente para concluir cálculos quânticos complexos e sem erros. O professor Jamieson disse que os maiores computadores quânticos existentes tinham mais de 1.000 qubits, mas erros ocorreram em milissegundos devido à perda de coerência. “Agora que podemos produzir silício-28 extremamente puro, nosso próximo passo será demonstrar que podemos sustentar a coerência quântica para muitos qubits simultaneamente. Um computador quântico confiável com apenas 30 qubits excederia o poder dos supercomputadores atuais para algumas aplicações”, disse ele. Este último trabalho foi apoiado por bolsas de investigação dos governos australiano e do Reino Unido. A colaboração do Professor Jamieson com a Universidade de Manchester é apoiada pela Royal Society Wolfson Visiting Fellowship. Um relatório de 2020 do CSIRO da Austrália estimou que a computação quântica na Austrália tem potencial para criar 10.000 empregos e US$ 2,5 bilhões em receita anual até 2040. “Nossa pesquisa nos leva significativamente mais perto de concretizar esse potencial”, disse o professor Jamieson. Referência: “Altamente ²⁸Silício enriquecido com Si por implantação de feixe de íons focado localizado” por Ravi Acharya, Maddison Coke, Mason Adshead, Kexue Li, Barat Achinuq, Rongsheng Cai, A. Baset Gholizadeh, Janet Jacobs, Jessica L. Boland, Sarah J. Haigh, Katie L. Moore, David N. Jamieson e Richard J. Curry, 7 de maio de 2024, Materiais de comunicação. DOI: 10.1038/s43246-024-00498-0 https://w3b.com.br/chip-de-silicio-ultrapuro-desencadeia-uma-revolucao-na-computacao-quantica/?feed_id=7273&_unique_id=66735da15eb76

Físicos desenvolvem dispositivo inovador para computação quântica avançada

Físicos desenvolvem dispositivo inovador para computação quântica avançada

Uma equipe da Universidade de Massachusetts Amherst, juntamente com colaboradores da Universidade de Chicago, modificaram com sucesso um circulador de micro-ondas para gerenciar com precisão a não reciprocidade entre um bit quântico e uma cavidade ressonante de micro-ondas, marcando um avanço significativo na computação quântica. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com

Os pesquisadores fizeram um avanço significativo na

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quântica adaptando um circulador de micro-ondas para controlar com precisão a não reciprocidade entre um qubit e uma cavidade ressonante. Esta inovação não só melhora o controle dentro dos computadores quânticos, mas também simplifica os modelos teóricos para pesquisas futuras. Cientistas liderados pela Universidade de Massachusetts Amherst adaptaram um dispositivo chamado circulador de micro-ondas para uso em computadores quânticos, permitindo-lhes, pela primeira vez, ajustar com precisão o grau exato de não reciprocidade entre um qubit, a unidade fundamental da computação quântica, e um micro-ondas. -cavidade ressonante. A capacidade de ajustar com precisão o grau de não reciprocidade é uma ferramenta importante no processamento de informações quânticas. Físicos desenvolvem dispositivo inovador para computação quântica avançada Ao fazê-lo, a equipe, incluindo colaboradores do

Universidade de Chicago

Fundada em 1890, a Universidade de Chicago (UChicago, U of C ou Chicago) é uma universidade privada de pesquisa em Chicago, Illinois. Localizada em um campus de 217 acres no bairro de Hyde Park, em Chicago, perto do Lago Michigan, a escola ocupa as dez primeiras posições em vários rankings nacionais e internacionais. UChicago também é conhecida por suas escolas profissionais: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School e Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, e Escola Pritzker de Engenharia Molecular.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">Universidade de Chicago, derivou uma teoria geral e amplamente aplicável que simplifica e expande entendimentos mais antigos de não reciprocidade para que trabalhos futuros em tópicos semelhantes possam tirar proveito do modelo da equipe, mesmo quando usarem componentes e plataformas diferentes. A pesquisa foi publicada recentemente em Avanços da Ciência.

O dispositivo não recíproco, com seu circulador (centro), porta qubit, cavidade supercondutora e porta de saída. Crédito: UMass Amherst

Físicos desenvolvem dispositivo inovador para computação quântica avançada A computação quântica difere fundamentalmente da computação baseada em bits que todos fazemos todos os dias. Um bit é uma informação normalmente expressa como 0 ou 1. Os bits são a base de todos os softwares, sites e e-mails que compõem nosso mundo eletrônico. Por outro lado, a computação quântica depende de “bits quânticos” ou “qubits”, que são como bits regulares, exceto pelo fato de serem representados pela “superposição quântica” de dois estados de um objeto quântico. A matéria em um estado quântico se comporta de maneira muito diferente, o que significa que os qubits não são relegados a serem apenas 0s ou 1s – eles podem ser os dois ao mesmo tempo de uma forma que parece mágica, mas que é bem definida pelas leis da ciência quântica. mecânica. Esta propriedade da superposição quântica leva ao aumento da capacidade de potência dos computadores quânticos. Além disso, uma propriedade chamada “não reciprocidade” pode criar caminhos adicionais para a computação quântica aproveitar o potencial do mundo quântico. “Imagine uma conversa entre duas pessoas”, diz Sean van Geldern, estudante de pós-graduação em física na UMass Amherst e um dos autores do artigo. “Reciprocidade total é quando cada uma das pessoas naquela conversa compartilha uma quantidade igual de informações. A não reciprocidade ocorre quando uma pessoa compartilha um pouco menos que a outra.” “Isso é desejável na computação quântica”, diz o autor sênior Chen Wang, professor assistente de física na UMass Amherst, “porque há muitos cenários de computação em que você deseja fornecer bastante acesso aos dados sem dar a ninguém o poder de alterar ou degradar isso. dados." Para controlar a não reciprocidade, a autora principal Ying-Ying Wang, estudante de pós-graduação em física na UMass Amherst, e seus coautores realizaram uma série de simulações para determinar o design e as propriedades que seu circulador precisaria ter para que pudessem variar sua não reciprocidade. Eles então construíram seu circulador e realizaram uma série de experimentos não apenas para provar seu conceito, mas para entender exatamente como seu dispositivo permitia a não reciprocidade. Ao fazer isso, eles conseguiram revisar seu modelo, que continha 16 parâmetros detalhando como construir seu dispositivo específico, para um modelo mais simples e geral de apenas seis parâmetros. Este modelo revisto, mais geral, é muito mais útil do que o modelo inicial, mais específico, porque é amplamente aplicável a uma série de esforços de investigação futuros. O “dispositivo integrado não recíproco” que a equipe construiu parece um “Y”. No centro do “Y” está o circulador, que é como uma rotatória para os sinais de micro-ondas que medeiam as interações quânticas. Uma das pernas é a porta da cavidade, uma cavidade supercondutora ressonante que hospeda um campo eletromagnético. Outra perna do “Y” segura o qubit, impresso em um chip de safira. A etapa final é a porta de saída. “Se variarmos o campo eletromagnético supercondutor bombardeando-o com fótons”, diz Ying-Ying Wang, “veremos que esse qubit reage de uma forma previsível e controlável, o que significa que podemos ajustar exatamente quanta reciprocidade queremos. E o modelo simplificado que produzimos descreve nosso sistema de tal forma que os parâmetros externos podem ser calculados para ajustar um grau exato de não reciprocidade.” “Esta é a primeira demonstração de incorporação de não receptividade em um dispositivo de computação quântica”, diz Chen Wang, “e abre a porta para a engenharia de hardware de computação quântica mais sofisticado”. Referência: “Não reciprocidade dispersiva entre um qubit e uma cavidade” por Ying-Ying Wang, Yu-Xin Wang, Sean van Geldern, Thomas Connolly, Aashish A. Clerk e Chen Wang, 17 de abril de 2024, Avanços da Ciência. DOI: 10.1126/sciadv.adj8796 O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelo Departamento de Energia dos EUA, pelo Escritório de Pesquisa do Exército, pela Fundação Simons, pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea., a Fundação Nacional de Ciência dos EUA e o Laboratório de Ciências Físicas Qubit Collaboratory. https://w3b.com.br/fisicos-desenvolvem-dispositivo-inovador-para-computacao-quantica-avancada/?feed_id=7147&_unique_id=6670ba96ad6a2

Nova pesquisa revela que os computadores clássicos podem superar seus equivalentes quânticos

  [caption id="attachment_87482" align="alignnone" width="2000"] Nova pesquisa revela que os computadores clássicos podem superar seus equivalentes quânticos[/caption]

A computação quântica oferece grandes avanços em velocidade e eficiência de processamento, mas enfrenta desafios significativos, incluindo perda de informações. Pesquisas recentes mostraram que algoritmos clássicos otimizados podem efetivamente imitar a computação quântica, sugerindo que melhorias na computação clássica podem preencher a lacuna em relação ao potencial da computação quântica. Este desenvolvimento sublinha a complexidade de alcançar a superioridade quântica e destaca uma abordagem multifacetada aos avanços computacionais.

Pesquisadores adotam método inovador para aumentar a velocidade e a precisão da computação tradicional.

A computação quântica tem sido aclamada como uma tecnologia que pode superar a computação clássica tanto em velocidade quanto em uso de memória, abrindo potencialmente o caminho para fazer previsões de fenômenos físicos que antes não eram possíveis. Muitos veem

Computação quântica

Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quânticaO advento do IBM marca uma mudança de paradigma da computação clássica ou convencional. Os computadores convencionais processam informações na forma de bits digitais (0s e 1s), enquanto os computadores quânticos implantam bits quânticos (qubits) para armazenar informações quânticas em valores. entre 0 e 1. Sob certas condições, essa capacidade de processar e armazenar informações em qubits pode ser usada para projetar algoritmos quânticos que superam drasticamente seus equivalentes clássicos. Notavelmente, a capacidade do quantum de armazenar informações em valores entre 0 e 1 torna difícil para os computadores clássicos emularem perfeitamente os quânticos.

Desafios e soluções em computação quântica

No entanto, os computadores quânticos são meticulosos e tendem a perder informações. Além disso, mesmo que a perda de informação possa ser evitada, é difícil traduzi-la em informação clássica – o que é necessário para produzir um cálculo útil. Os computadores clássicos não sofrem de nenhum desses dois problemas. Além disso, algoritmos clássicos inteligentemente concebidos podem explorar ainda mais os desafios duplos da perda e tradução de informações para imitar um computador quântico com muito menos recursos do que se pensava anteriormente – como relatado recentemente num artigo de pesquisa na revista PRX Quantum. Os resultados dos cientistas mostram que a computação clássica pode ser reconfigurada para realizar cálculos mais rápidos e precisos do que os computadores quânticos de última geração. Essa inovação foi alcançada com um algoritmo que mantém apenas parte da informação armazenada no estado quântico – e apenas o suficiente para poder calcular com precisão o resultado final.

Unindo Computação Clássica e Quântica

“Este trabalho mostra que existem muitos caminhos potenciais para melhorar os cálculos, abrangendo abordagens clássicas e quânticas”, explica Dries Sels, professor assistente em

Universidade de Nova York

Fundada em 1831, a New York University (NYU) é uma universidade privada de pesquisa com sede na cidade de Nova York.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">Universidade de Nova Yorkdo Departamento de Física e um dos autores do artigo. “Além disso, nosso trabalho destaca como é difícil obter vantagem quântica com um computador quântico sujeito a erros.” Ao buscar maneiras de otimizar a computação clássica, Sels e seus colegas da Fundação Simons se concentraram em um tipo de rede tensorial que representa fielmente as interações entre os qubits. Esses tipos de redes têm sido notoriamente difíceis de lidar, mas os avanços recentes na área permitem agora que estas redes sejam otimizadas com ferramentas emprestadas da inferência estatística. Os autores comparam o trabalho do algoritmo à compactação de uma imagem em um arquivo JPEG, que permite armazenar imagens grandes em menos espaço, eliminando informações com perda quase imperceptível na qualidade da imagem. “Escolher diferentes estruturas para a rede tensorial corresponde a escolher diferentes formas de compressão, como diferentes formatos para a sua imagem”, diz Joseph Tindall, do Flatiron Institute, que liderou o projeto. “Estamos desenvolvendo com sucesso ferramentas para trabalhar com uma ampla gama de diferentes redes de tensores. Este trabalho reflete isso, e estamos confiantes de que em breve estaremos elevando ainda mais o nível da computação quântica.” Referência: “Simulação de rede tensor eficiente do experimento Eagle Kicked Ising da IBM” por Joseph Tindall, Matthew Fishman, E. Miles Stoudenmire e Dries Sels, 23 de janeiro de 2024, PRX Quantum. DOI: 10.1103/PRXQuantum.5.010308 O trabalho foi apoiado pelo Instituto Flatiron e uma bolsa do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-21-1-0236).

https://w3b.com.br/nova-pesquisa-revela-que-os-computadores-classicos-podem-superar-seus-equivalentes-quanticos/?feed_id=6832&_unique_id=666b90b5c69df