Avanço quântico à medida que o MIT alcança proximidade atômica sem precedentes

Os físicos do MIT desenvolveram uma técnica para organizar átomos (representados como esferas com setas) muito mais próximos do que era possível anteriormente, até 50 nanômetros. O grupo planeja usar o método para manipular átomos em configurações que poderiam gerar a primeira porta quântica puramente magnética – um alicerce fundamental para um novo tipo de computador quântico. Nesta imagem, a interação magnética é representada pelas linhas coloridas. Crédito: Cortesia dos pesquisadores; Notícias do MIT

A técnica abre possibilidades para explorar estados exóticos da matéria e construir novos materiais quânticos. A proximidade é fundamental para muitos fenômenos quânticos, pois as interações entre os átomos são mais fortes quando as partículas estão próximas. Em muitos simuladores quânticos, os cientistas organizam os átomos o mais próximos possível para explorar estados exóticos da matéria e construir novos materiais quânticos.

Avanço no arranjo atômico

Eles normalmente fazem isso resfriando os átomos até ficarem imóveis e, em seguida, usando luz laser para posicionar as partículas a uma distância de até 500 nanômetros – um limite que é definido pelo comprimento de onda da luz. 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 os físicos desenvolveram uma técnica que lhes permite organizar os átomos muito mais próximos, até apenas 50 nanômetros. Para contextualizar, um glóbulo vermelho tem cerca de 1.000 nanômetros de largura. Os físicos demonstraram a nova abordagem em experimentos com disprósio, que é o material mais magnético

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 na natureza. Eles usaram a nova abordagem para manipular duas camadas de átomos de disprósio e posicionaram as camadas com precisão de 50 nanômetros uma da outra. Nesta proximidade extrema, as interações magnéticas eram 1.000 vezes mais fortes do que se as camadas estivessem separadas por 500 nanômetros.

Lasers de cores diferentes são usados ​​para resfriar e capturar átomos de disprósio. Crédito: Cortesia dos pesquisadores

Efeitos magnéticos aprimorados

Além do mais, os cientistas conseguiram medir dois novos efeitos causados ​​pela proximidade dos átomos. Suas forças magnéticas aprimoradas causaram “termalização”, ou transferência de calor de uma camada para outra, bem como oscilações sincronizadas entre camadas. Esses efeitos desapareceram à medida que as camadas foram mais espaçadas. “Passamos do posicionamento dos átomos de 500 nanômetros para 50 nanômetros de distância, e há muito que você pode fazer com isso”, diz Wolfgang Ketterle, professor de física John D. MacArthur no MIT. “A 50 nanômetros, o comportamento dos átomos é tão diferente que estamos realmente entrando em um novo regime aqui.” Ketterle e seus colegas dizem que a nova abordagem pode ser aplicada a muitos outros átomos para estudar fenômenos quânticos. Por sua vez, o grupo planeja usar a técnica para manipular átomos em configurações que poderiam gerar a primeira porta quântica puramente magnética – um alicerce fundamental para um novo tipo de computador quântico. A equipe publicou seus resultados em 2 de maio na revista Ciência. Os coautores do estudo incluem o autor principal e estudante de pós-graduação em física Li Du, juntamente com Pierre Barral, Michael Cantara, Julius de Hond e Yu-Kun Lu - todos membros do MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms, do Departamento de Física, e o Laboratório de Pesquisa em Eletrônica do MIT.

Avanço quântico à medida que o MIT alcança proximidade atômica

Os alunos de pós-graduação Li Du, à esquerda, e Yu-Kun Lu ajustam a eletrônica de controle dos sistemas de laser. Crédito: Cortesia dos pesquisadores

Manipulando Átomos com Lasers

Para manipular e organizar átomos, os físicos normalmente primeiro resfriam uma nuvem de átomos a temperaturas próximas

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 absolutoentão use um sistema de feixes de laser para encurralar os átomos em uma armadilha óptica. A luz laser é uma onda eletromagnética com comprimento de onda específico (a distância entre os máximos do campo elétrico) e frequência. O comprimento de onda limita o menor padrão no qual a luz pode ser moldada a normalmente 500 nanômetros, o chamado limite de resolução óptica. Como os átomos são atraídos pela luz laser de certas frequências, os átomos serão posicionados nos pontos de pico de intensidade do laser. Por esta razão, as técnicas existentes têm sido limitadas na proximidade com que podem posicionar as partículas atómicas e não podem ser utilizadas para explorar fenómenos que ocorrem a distâncias muito mais curtas. “As técnicas convencionais param em 500 nanômetros, limitadas não pelos átomos, mas pelo comprimento de onda da luz”, explica Ketterle. “Encontramos agora um novo truque com a luz onde podemos ultrapassar esse limite.” A nova abordagem da equipa, tal como as técnicas atuais, começa por arrefecer uma nuvem de átomos - neste caso, a cerca de 1 microkelvin, apenas um fio de cabelo acima do zero absoluto - ponto em que os átomos ficam quase parados. Os físicos podem então usar lasers para mover as partículas congeladas nas configurações desejadas. Então, Du e seus colaboradores trabalharam com dois feixes de laser, cada um com uma frequência, ou cor, diferente e polarização circular, ou direção do campo elétrico do laser. Quando os dois feixes viajam através de uma nuvem super-resfriada de átomos, os átomos podem orientar seu spin em direções opostas, seguindo qualquer uma das polarizações dos dois lasers. O resultado é que os feixes produzem dois grupos dos mesmos átomos, só que com spins opostos. Cada feixe de laser formou uma onda estacionária, um padrão periódico de intensidade de campo elétrico com período espacial de 500 nanômetros. Devido às suas diferentes polarizações, cada onda estacionária atraiu e encurralou um dos dois grupos de átomos, dependendo do seu spin. Os lasers poderiam ser sobrepostos e ajustados de forma que a distância entre seus respectivos picos fosse tão pequena quanto 50 nanômetros, o que significa que os átomos gravitando em direção aos picos de cada laser seriam separados pelos mesmos 50 nanômetros. Mas para que isso acontecesse, os lasers teriam que ser extremamente estáveis ​​e imunes a todos os ruídos externos, como tremores ou mesmo respiração durante o experimento. A equipe percebeu que poderia estabilizar ambos os lasers direcionando-os através de uma fibra óptica, que servia para travar os feixes de luz um em relação ao outro. “A ideia de enviar ambos os feixes através da fibra óptica significava que toda a máquina poderia tremer violentamente, mas os dois feixes de laser permaneceram absolutamente estáveis ​​um em relação ao outro”, diz Du.

Forças Magnéticas e Fenômenos Quânticos

Como primeiro teste da sua nova técnica, a equipa utilizou átomos de disprósio – um metal de terras raras que é um dos elementos magnéticos mais fortes da tabela periódica, particularmente a temperaturas ultrabaixas. No entanto, na escala dos átomos, as interações magnéticas do elemento são relativamente fracas em distâncias de até 500 nanômetros. Tal como acontece com os ímãs de geladeira comuns, a atração magnética entre os átomos aumenta com a proximidade, e os cientistas suspeitaram que se sua nova técnica pudesse espaçar os átomos de disprósio a uma distância de até 50 nanômetros, eles poderiam observar o surgimento de interações fracas entre os átomos magnéticos. “Poderíamos de repente ter interações magnéticas, que costumavam ser quase insignificantes, mas agora são muito fortes”, diz Ketterle. A equipe aplicou sua técnica ao disprósio, primeiro super-resfriando os átomos e depois passando dois lasers para dividir os átomos em dois grupos de spin, ou camadas. Eles então direcionaram os lasers através de uma fibra óptica para estabilizá-los e descobriram que, de fato, as duas camadas de átomos de disprósio gravitavam em torno de seus respectivos picos de laser, o que na verdade separava as camadas de átomos em 50 nanômetros – a distância mais próxima que qualquer átomo ultrafrio experimento foi capaz de alcançar. Avanço quântico à medida que o MIT alcança proximidade atômica Nesta proximidade extremamente próxima, as interações magnéticas naturais dos átomos foram significativamente melhoradas e eram 1.000 vezes mais fortes do que se estivessem posicionados a 500 nanômetros de distância. A equipe observou que essas interações resultaram em dois novos fenômenos quânticos: oscilação coletiva, na qual as vibrações de uma camada faziam a outra camada vibrar em sincronia; e termalização, em que uma camada transferia calor para a outra, puramente através de flutuações magnéticas nos átomos. “Até agora, o calor entre os átomos só podia ser trocado quando eles estavam no mesmo espaço físico e podiam colidir”, observa Du. “Agora vimos camadas atômicas, separadas pelo vácuo, e elas trocam calor por meio de campos magnéticos flutuantes.”

Implicações para a tecnologia quântica

Os resultados da equipe apresentam uma nova técnica que pode ser usada para posicionar muitos tipos de átomos próximos. Eles também mostram que os átomos, colocados suficientemente próximos uns dos outros, podem exibir fenômenos quânticos interessantes, que poderiam ser aproveitados para construir novos materiais quânticos e, potencialmente, sistemas atômicos acionados magneticamente para computadores quânticos. “Estamos realmente trazendo métodos de super-resolução para o campo, e isso se tornará uma ferramenta geral para fazer simulações quânticas”, diz Ketterle. “Existem muitas variantes possíveis, nas quais estamos trabalhando.” Referência: “Física atômica em escala de 50 nm: Realização de um sistema de duas camadas de átomos dipolares” por Li Du, Pierre Barral, Michael Cantara, Julius de Hond, Yu-Kun Lu e Wolfgang Ketterle, 2 de maio de 2024, Ciência. DOI: 10.1126/science.adh3023 Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela National Science Foundation e pelo Departamento de Defesa. Avanço quântico à medida que o MIT alcança proximidade atômica https://w3b.com.br/avanco-quantico-a-medida-que-o-mit-alcanca-proximidade-atomica-sem-precedentes/?feed_id=6202&_unique_id=665fa5a68362b

Salto quântico na estabilização de Qubits

PorTalia Ogliore, Universidade de Washington em St.29 de maio de 2024

No Center for Quantum Leaps, os pesquisadores usam a nanofabricação para criar circuitos quânticos supercondutores para explorar questões fundamentais da mecânica quântica. Eles criaram uma nova abordagem para combater a decoerência em sistemas quânticos, usando a dissipação para manter o emaranhamento quântico dentro de qubits, marcando um avanço significativo no campo da tecnologia quântica. Crédito: SciTechDaily.com

A pesquisa no Center for Quantum Leaps levou a um novo método para reduzir a decoerência em sistemas quânticos, aumentando a estabilidade e a viabilidade das tecnologias quânticas. Como parte do Center for Quantum Leaps, uma iniciativa exclusiva do plano estratégico de Artes e Ciências, o físico Kater Murch e seu grupo de pesquisa usam técnicas de nanofabricação para construir circuitos quânticos supercondutores que lhes permitem sondar questões fundamentais na mecânica quântica. Qubits são sistemas promissores para realizar esquemas quânticos para computação, simulação e criptografia de dados. Murch e seus colaboradores publicaram um novo artigo, publicado em 13 de maio em Cartas de revisão físicaque explora os efeitos da memória em sistemas quânticos e, em última análise, oferece uma nova solução para a decoerência, um dos principais problemas enfrentados pelas tecnologias quânticas. “Nosso trabalho mostra que há uma nova maneira de evitar que a decoerência corrompa o emaranhado quântico”, disse Murch, professor de física Charles M. Hohenberg na Universidade de Washington em St. “Em primeiro lugar, podemos usar a dissipação para evitar que o emaranhamento deixe nossos qubits.” Veja o vídeo ilustrado da equipe sobre as descobertas da pesquisa: Referência: “Entanglement Assisted Probe of the Non-Markovian to Markovian Transition in Open Quantum System Dynamics” por Chandrashekhar Gaikwad, Daria Kowsari, Carson Brame, Xingrui Song, Haimeng Zhang, Martina Esposito, Arpit Ranadive, Giulio Cappelli, Nicolas Roch, Eli M Levenson-Falk e Kater W. Murch, 13 de maio de 2024, Cartas de revisão física. DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.200401 Salto quântico na estabilização de Qubits1

https://w3b.com.br/salto-quantico-na-estabilizacao-de-qubits/?feed_id=11094&_unique_id=665d10343061f

O silício mais puro do mundo abre caminho para computadores quânticos de última geração

O silício mais puro do mundo abre caminho

Pesquisadores da Universidade de Manchester e da Universidade de Melbourne desenvolveram um silício ultrapuro crucial para a criação de computadores quânticos escaláveis, que poderiam potencialmente enfrentar desafios globais, como mudanças climáticas e questões de saúde.

Um grande avanço em

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 foi alcançado com o desenvolvimento de silício ultrapuro, preparando o terreno para a criação de computadores quânticos poderosos e escaláveis. Há mais de 100 anos, cientistas da Universidade de Manchester mudaram o mundo quando descobriram o núcleo dos átomos, marcando o nascimento da física nuclear. Avançando até hoje, a história se repete, desta vez na computação quântica. Com base no mesmo método pioneiro forjado por Ernest Rutherford – “o fundador da física nuclear” – os cientistas da Universidade, em colaboração com a Universidade de Melbourne, na Austrália, produziram uma forma aprimorada e ultrapura de silício que permite a construção de alta dispositivos qubit de desempenho – um componente fundamental necessário para preparar o caminho para computadores quânticos escaláveis. A descoberta, publicada na revista Materiais de comunicaçãopoderia definir e impulsionar o futuro da computação quântica.

Avanços na computação quântica

Richard Curry, professor de materiais eletrônicos avançados na Universidade de Manchester, disse: “O que conseguimos fazer foi criar efetivamente um 'tijolo' crítico necessário para construir um computador quântico baseado em silício. É um passo crucial para tornar viável uma tecnologia que tem o potencial de ser transformadora para a humanidade; uma tecnologia que nos possa dar a capacidade de processar dados numa escala tal que seremos capazes de encontrar soluções para questões complexas, como a resposta ao impacto das alterações climáticas e os desafios dos cuidados de saúde.

Prof Rich Curry (à direita) e Dr. Mason Adshead (à esquerda). Crédito: Universidade de Manchester

“É apropriado que esta conquista esteja alinhada com o 200º aniversário da nossa Universidade, onde Manchester tem estado na vanguarda da inovação científica ao longo deste tempo, incluindo o 'dividir o

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' descoberta em 1917, depois em 1948 com 'The Baby' – a primeira demonstração na vida real da computação eletrônica com programas armazenados, agora com este passo em direção à computação quântica.”

Superando Desafios Quânticos

Um dos maiores desafios no desenvolvimento de computadores quânticos é que os qubits – os blocos de construção da computação quântica – são altamente sensíveis e requerem um ambiente estável para manter a informação que contêm. Mesmo pequenas mudanças no ambiente, incluindo flutuações de temperatura, podem causar erros no computador. Outra questão é a sua escala, tanto o seu tamanho físico como o seu poder de processamento. Dez qubits têm o mesmo poder de processamento que 1.024 bits em um computador normal e podem ocupar potencialmente um volume muito menor. Os cientistas acreditam que um computador quântico com pleno desempenho precisa de cerca de um milhão de qubits, o que fornece uma capacidade inviável por qualquer computador clássico.

Prof Rico Curry. Crédito: Universidade de Manchester

O papel do silício na computação quântica

O silício é o material de base da computação clássica devido às suas propriedades semicondutoras e os pesquisadores acreditam que pode ser a resposta para computadores quânticos escaláveis. Os cientistas passaram os últimos 60 anos aprendendo como projetar o silício para fazê-lo funcionar da melhor forma possível, mas na computação quântica ela tem seus desafios. O silício natural é composto de três átomos de massas diferentes (chamados isótopos) - silício 28, 29 e 30. No entanto, o Si-29, que representa cerca de 5% do silício, causa um efeito de 'flopping nuclear', fazendo com que o qubit perder informações. Num avanço na Universidade de Manchester, os cientistas descobriram uma maneira de projetar silício para remover os átomos de silício 29 e 30, tornando-o o material perfeito para fazer computadores quânticos em escala e com alta eficiência.

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. O resultado – o silício mais puro do mundo – fornece um caminho para a criação de um milhão de qubits, que podem ser fabricados no tamanho de uma cabeça de alfinete. Ravi Acharya, pesquisador PhD que realizou trabalho experimental no projeto, explicou: “A grande vantagem da computação quântica de silício é que as mesmas técnicas usadas para fabricar os chips eletrônicos - atualmente dentro de um computador comum que consiste em bilhões de transistores - pode ser usado 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.” A nova capacidade oferece um roteiro para dispositivos quânticos escaláveis ​​com desempenho e capacidades incomparáveis ​​e promete transformar tecnologias de maneiras difíceis de imaginar. O co-supervisor do projeto, professor David Jamieson, da Universidade de Melbourne, disse: “Nossa técnica abre o 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. “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”,

Compreendendo a computação quântica

Todos os computadores operam usando elétrons. Além de terem carga negativa, os elétrons têm outra propriedade conhecida como “spin”, que é frequentemente comparada a um pião. A rotação combinada dos elétrons dentro da memória de um computador pode criar um campo magnético. A direção deste campo magnético pode ser usada para criar um código onde uma direção é chamada de '0' e a outra direção é chamada de '1'. Isso nos permite usar um sistema numérico que usa apenas 0 e 1 para dar instruções ao computador. Cada 0 ou 1 é chamado de bit. Num computador quântico, em vez do efeito combinado do spin de muitos milhões de eletrões, podemos usar o spin de eletrões individuais, passando do trabalho no mundo “clássico” para o mundo “quântico”; do uso de 'bits' para 'qubits'. Enquanto os computadores clássicos fazem um cálculo após o outro, os computadores quânticos podem fazer todos os cálculos ao mesmo tempo, permitindo-lhes processar grandes quantidades de informações e realizar cálculos muito complexos a uma velocidade incomparável. Embora ainda se encontrem nas fases iniciais da computação quântica, uma vez totalmente desenvolvidos, os computadores quânticos serão utilizados para resolver problemas complexos do mundo real, como a concepção de medicamentos, e fornecer previsões meteorológicas mais precisas – cálculos demasiado difíceis para os supercomputadores actuais. 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 Este trabalho foi apoiado pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas do Reino Unido (EPSRC), especificamente pelo Programa Grant 'Engenharia de Materiais Avançados em Nanoescala liderado pelo Prof. A colaboração do Professor Jamieson com a Universidade de Manchester é apoiada pela Royal Society Wolfson Visiting Fellowship e pelo Australian Research Council. Ravi Acharya é estudante de doutorado conjunto da Universidade de Manchester e da Universidade de Melbourne, apoiado por uma bolsa Cookson. O silício mais puro do mundo abre caminho https://w3b.com.br/o-silicio-mais-puro-do-mundo-abre-caminho-para-computadores-quanticos-de-ultima-geracao/?feed_id=5950&_unique_id=66590de232278

IA generativa revoluciona computadores quânticos

IA generativa revoluciona computadores quânticos

O método desenvolvido na Universidade de Innsbruck produz circuitos quânticos baseados nas especificações do usuário e adaptados aos recursos do hardware quântico no qual o circuito será executado. Crédito: Universidade de Innsbruck/Harald Ritsch

Os pesquisadores desenvolveram um

aprendizado de máquina

O aprendizado de máquina é um subconjunto da inteligência artificial (IA) que lida com o desenvolvimento de algoritmos e modelos estatísticos que permitem aos computadores aprender com os dados e fazer previsões ou decisões sem serem explicitamente programados para fazê-lo. O aprendizado de máquina é usado para identificar padrões em dados, classificar dados em diferentes categorias ou fazer previsões sobre eventos futuros. Pode ser categorizado em três tipos principais de aprendizagem: aprendizagem supervisionada, não supervisionada e por reforço.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">aprendizado de máquina modelo que gera circuitos quânticos a partir de descrições de texto, semelhante a como modelos como Stable Diffusion criam imagens. Este método melhora a eficiência e adaptabilidade do

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. Um dos desenvolvimentos recentes mais importantes em Aprendizado de Máquina (ML) são os modelos generativos, como os modelos de difusão. Esses incluem Difusão Estável e Dall.e, que estão revolucionando o campo da geração de imagens. Esses modelos são capazes de produzir imagens de alta qualidade com base em descrições de texto. “Nosso novo modelo de programação de computadores quânticos faz o mesmo, mas, em vez de gerar imagens, gera circuitos quânticos baseados na descrição textual da operação quântica a ser realizada”, explica Gorka Muñoz-Gil, do Departamento de Física Teórica da Universidade. de Innsbruck, Áustria.

Desafios da computação quântica

Para preparar um determinado estado quântico ou executar um algoritmo em um computador quântico, é necessário encontrar a sequência apropriada de portas quânticas para realizar tais operações. Embora isto seja bastante fácil na computação clássica, é um grande desafio na computação quântica, devido às particularidades do mundo quântico. Recentemente, muitos cientistas propuseram métodos para construir circuitos quânticos com muitos métodos confiáveis ​​de aprendizado de máquina. No entanto, o treinamento desses modelos de ML costuma ser muito difícil devido à necessidade de simular circuitos quânticos à medida que a máquina aprende. Os modelos de difusão evitam tais problemas devido à forma como são treinados.

IA generativa revoluciona computadores quânticos

“Isso proporciona uma vantagem tremenda”, explica Gorka Muñoz-Gil, que desenvolveu o novo método junto com Hans J. Briegel e Florian Fürrutter. “Além disso, mostramos que os modelos de difusão com remoção de ruído são precisos em sua geração e também muito flexíveis, permitindo gerar circuitos com diferentes números de qubits, bem como tipos e números de portas quânticas.” Os modelos também podem ser adaptados para preparar circuitos que levem em consideração a conectividade do hardware quântico, ou seja, como os qubits estão conectados no computador quântico. “Como produzir novos circuitos é muito barato depois que o modelo é treinado, pode-se usá-lo para descobrir novos insights sobre operações quânticas de interesse”, Gorka Muñoz-Gil cita outro potencial do novo método.

IA generativa revoluciona computadores quânticos

Geração de Circuito Quântico

O método desenvolvido na Universidade de Innsbruck produz circuitos quânticos baseados nas especificações do usuário e adaptados aos recursos do hardware quântico no qual o circuito será executado. Isso marca um passo significativo no desenvolvimento de toda a extensão da computação quântica. O trabalho já foi publicado em Inteligência da Máquina da Natureza e foi apoiado financeiramente pelo Fundo Austríaco para a Ciência FWF e pela União Europeia, entre outros. Referência: “Síntese de circuito quântico com modelos de difusão” por Florian Fürrutter, Gorka Muñoz-Gil e Hans J. Briegel, 20 de maio de 2024, Inteligência da Máquina da Natureza. DOI: 10.1038/s42256-024-00831-9

IA generativa revoluciona computadores quânticos

https://w3b.com.br/ia-generativa-revoluciona-computadores-quanticos/?feed_id=10721&_unique_id=665776fd03a87

A torção magnética: supercondutores híbridos revelam o potencial da computação quântica

  A torção magnética: supercondutores híbridos revelam o potencial da computação quântica

Os pesquisadores criaram um novo supercondutor híbrido que integra propriedades magnéticas, abrindo caminho para uma computação quântica mais estável. Crédito: SciTechDaily.com

Uma equipe internacional que inclui pesquisadores da Universidade de Würzburg conseguiu criar um estado especial de supercondutividade. Esta descoberta pode avançar no desenvolvimento de computadores quânticos. Supercondutores são materiais que podem conduzir eletricidade sem resistência elétrica – o que os torna o material de base ideal para componentes eletrônicos em máquinas de ressonância magnética, trens de levitação magnética e até mesmo aceleradores de partículas. No entanto, os supercondutores convencionais são facilmente perturbados pelo magnetismo. Um grupo internacional de pesquisadores conseguiu agora construir um dispositivo híbrido que consiste em um supercondutor próximo estável aprimorado por magnetismo e cuja função pode ser controlada especificamente. Eles combinaram o supercondutor com um material semicondutor especial conhecido como isolante topológico. “Isoladores topológicos são materiais que conduzem eletricidade em sua superfície, mas não em seu interior. Isto se deve à sua estrutura topológica única, ou seja, ao arranjo especial dos elétrons”, explica o professor Charles Gould, físico do Instituto de Isoladores Topológicos da Universidade de Würzburg (JMU). “O interessante é que podemos equipar isoladores topológicos com átomos magnéticos para que possam ser controlados por um ímã.”

Porta-amostras para medições em milikelvin (-273 °C). Crédito: Mandal/JMU, seitlich erweitert com Firefly

Os supercondutores e isoladores topológicos foram acoplados para formar a chamada junção Josephson, uma conexão entre dois supercondutores separados por uma fina camada de material não supercondutor. “Isso nos permitiu combinar as propriedades da supercondutividade e

semicondutores

Semicondutores são um tipo de material que possui condutividade elétrica entre a de um condutor (como o cobre) e a de um isolante (como a borracha). Os semicondutores são usados ​​em uma ampla gama de dispositivos eletrônicos, incluindo transistores, diodos, células solares e circuitos integrados. A condutividade elétrica de um semicondutor pode ser controlada adicionando impurezas ao material por meio de um processo denominado dopagem. O silício é o material mais utilizado para dispositivos semicondutores, mas outros materiais, como arsenieto de gálio e fosfeto de índio, também são usados ​​em certas aplicações.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">semicondutores”, diz Gould. “Assim combinamos as vantagens de um supercondutor com a controlabilidade do isolador topológico. Usando um campo magnético externo, podemos agora controlar com precisão as propriedades supercondutoras. Este é um verdadeiro avanço na física quântica!”

Supercondutividade encontra magnetismo

A combinação especial cria um estado exótico em que a supercondutividade e o magnetismo são combinados – normalmente são fenómenos opostos que raramente coexistem. Isso é conhecido como estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) induzido por proximidade. O novo “supercondutor com função de controle” pode ser importante para aplicações práticas, como o desenvolvimento de computadores quânticos. Ao contrário dos computadores convencionais, os computadores quânticos não são baseados em bits, mas em bits quânticos (qubits), que podem assumir não apenas dois, mas vários estados simultaneamente. “O problema é que os bits quânticos são atualmente muito instáveis ​​porque são extremamente sensíveis a influências externas, como campos elétricos ou magnéticos”, diz o físico Gould. “Nossa descoberta pode ajudar a estabilizar bits quânticos para que possam ser usados ​​em computadores quânticos no futuro.”

Equipe Internacional de Pesquisa Quântica

A pesquisa experimental foi realizada por uma equipe da Cátedra de Física Experimental III do Professor Laurens W. Molenkamp em Würzburg. Foi realizado em estreita colaboração com especialistas teóricos do grupo do Professor F. Sebastian Bergeret do Centro de Física de Materiais (CFM) em San Sebastian, Espanha, e do Professor Teun M. Klapwijk da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda. Referência: “Supercorrente magneticamente sintonizável em junções Josephson baseadas em isolante topológico magnético diluído” por Pankaj Mandal, Soumi Mondal, Martin P. Stehno, Stefan Ilić, F. Sebastian Bergeret, Teun M. Klapwijk, Charles Gould e Laurens W. Molenkamp, ​​1 abril de 2024, Física da Natureza. DOI: 10.1038/s41567-024-02477-1 O grupo de pesquisa internacional foi financiado pelo Cluster of Excellence ct.qmat (Complexidade e Topologia em Materiais Quânticos), pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG), pelo Estado Livre da Baviera, pela Agencia Estatal de Investigación espanhola (AEI), pela European Research programa Horizonte 2020 e o Programa Avançado de Subvenções do ERC da UE. A torção magnética: supercondutores híbridos revelam o potencial da computação quântica

https://w3b.com.br/a-torcao-magnetica-supercondutores-hibridos-revelam-o-potencial-da-computacao-quantica/?feed_id=5761&_unique_id=665132b3d7ebd

A Revolução da Internet Quântica: Três Cidades Conectadas

Introdução

A internet quântica representa a próxima grande revolução tecnológica, prometendo transformar a maneira como nos comunicamos e compartilhamos informações. Recentemente, um marco significativo foi alcançado com a demonstração de uma rede quântica operando entre três cidades. Este avanço não só prova a viabilidade da tecnologia, mas também abre caminho para um futuro onde a segurança e a velocidade da comunicação serão incomparáveis.

O Conceito de Internet Quântica

O que é Internet Quântica?

A internet quântica utiliza princípios da mecânica quântica para transmitir dados. Diferente da internet tradicional, que depende de sinais elétricos transmitidos por fios de cobre ou fibra óptica, a internet quântica usa qubits (bits quânticos) que podem existir em múltiplos estados simultaneamente graças ao fenômeno do entrelaçamento quântico.

Entrelaçamento Quântico

No coração da internet quântica está o entrelaçamento quântico, um fenômeno onde dois ou mais qubits se tornam interdependentes, de tal forma que o estado de um qubit instantaneamente influencia o estado do outro, independentemente da distância que os separa. Isso permite a transferência de informações de forma ultra-rápida e segura.

A Demostração em Três Cidades

As Cidades Envolvidas

A recente demonstração da internet quântica ocorreu em três cidades estrategicamente escolhidas para testar a robustez e a eficácia da tecnologia em ambientes urbanos reais. Embora os nomes específicos das cidades não tenham sido divulgados, sabe-se que a escolha incluiu uma grande metrópole, uma cidade de médio porte e uma cidade pequena.

A Tecnologia Utilizada

Os cientistas empregaram uma série de tecnologias avançadas para esta demonstração, incluindo repetidores quânticos, fibras ópticas especialmente tratadas e algoritmos de correção de erros quânticos. Esses elementos são cruciais para manter a integridade e a segurança das informações transmitidas.

Resultados Obtidos

Os resultados foram promissores. A rede quântica foi capaz de transmitir informações entre as três cidades com alta eficiência e segurança, demonstrando a viabilidade prática da tecnologia. Esta realização marca um passo significativo em direção à implementação comercial da internet quântica.

Benefícios da Internet Quântica

Segurança Inigualável

Uma das maiores vantagens da internet quântica é a segurança. Graças ao entrelaçamento quântico, qualquer tentativa de interceptar a comunicação altera o estado dos qubits, tornando a interceptação detectável instantaneamente. Isso torna a internet quântica praticamente imune a hackers.

Velocidade e Eficiência

A capacidade de transmitir informações instantaneamente entre qubits entrelaçados pode levar a velocidades de comunicação que superam em muito as capacidades da internet atual. Isso não só melhorará a rapidez da comunicação, mas também a eficiência em diversas aplicações, desde transações financeiras até pesquisas científicas.

Novas Aplicações

A internet quântica abrirá portas para novas aplicações que atualmente são impossíveis ou impraticáveis com a internet clássica. Isso inclui redes de computação quântica, que poderão resolver problemas complexos de maneira exponencialmente mais rápida, e sistemas de comunicação global que operam com uma segurança sem precedentes.

Desafios e Próximos Passos

Desafios Técnicos

Embora os avanços sejam impressionantes, muitos desafios técnicos ainda precisam ser superados. Isso inclui a criação de repetidores quânticos mais eficientes, a expansão da infraestrutura de fibra óptica e o desenvolvimento de métodos eficazes de correção de erros.

Aceitação e Infraestrutura

A aceitação generalizada da internet quântica dependerá da construção de uma infraestrutura global compatível. Isso requer investimentos significativos em pesquisa e desenvolvimento, bem como na atualização da infraestrutura existente.

Regulamentação e Padrões

A criação de regulamentações e padrões internacionais será crucial para garantir a interoperabilidade e a segurança das redes quânticas. As políticas precisarão ser desenvolvidas em conjunto com os avanços tecnológicos para facilitar uma transição suave e segura.

Conclusão

A internet quântica é uma das fronteiras mais emocionantes da tecnologia moderna. A recente demonstração de uma rede quântica entre três cidades representa um marco significativo, mostrando que estamos cada vez mais próximos de transformar essa visão em realidade. Com potencial para revolucionar a segurança, a velocidade e a eficiência das comunicações, a internet quântica promete redefinir o futuro da conectividade global.

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Perguntas Comuns sobre Internet Quântica.

O que é a internet quântica? A internet quântica é uma rede de comunicação que utiliza princípios da mecânica quântica para transmitir dados. Em vez de usar bits clássicos que representam 0s e 1s, a internet quântica usa qubits, que podem representar múltiplos estados simultaneamente graças ao fenômeno do entrelaçamento quântico. Isso permite uma transmissão de informações mais rápida e segura do que a internet tradicional. Como funciona o entrelaçamento quântico? O entrelaçamento quântico é um fenômeno onde dois ou mais qubits se tornam interdependentes de tal forma que o estado de um qubit influencia instantaneamente o estado do outro, independentemente da distância que os separa. Quando qubits estão entrelaçados, qualquer mudança no estado de um qubit será refletida no outro, permitindo a transmissão de informações de forma instantânea e segura. Quais são os benefícios da internet quântica em comparação com a internet tradicional?

• • Segurança: A internet quântica oferece uma segurança sem precedentes porque qualquer tentativa de interceptação altera o estado dos qubits, tornando a espionagem detectável.
  • Velocidade: A transmissão de informações pode ser quase instantânea devido ao entrelaçamento quântico.
  • Eficiência: Permite a realização de cálculos e a transmissão de dados de forma mais eficiente, beneficiando diversas áreas como finanças, pesquisa científica e mais.

Quais são os principais desafios para a implementação da internet quântica?

• • Desafios Técnicos: Desenvolvimento de repetidores quânticos eficientes, melhoria da infraestrutura de fibra óptica e criação de métodos de correção de erros quânticos.
  • Infraestrutura: Necessidade de uma infraestrutura global compatível que requer investimentos significativos.
  • Regulamentação: Criação de regulamentações e padrões internacionais para garantir a interoperabilidade e a segurança das redes quânticas.

Quando a internet quântica estará disponível para uso comercial?A previsão para a disponibilidade comercial da internet quântica ainda não é clara, pois depende de avanços tecnológicos contínuos e da superação de desafios técnicos e de infraestrutura. No entanto, com os avanços recentes, espera-se que nos próximos anos possamos ver implementações iniciais em ambientes específicos e, eventualmente, uma adoção mais ampla.

Pontos Relevantes do Artigo

1. A internet quântica utiliza qubits e entrelaçamento quântico para transmitir dados de forma ultra-rápida e segura.
2. Uma recente demonstração conectou três cidades, provando a viabilidade da tecnologia em ambientes urbanos reais.
3. A internet quântica promete uma segurança inigualável, pois qualquer tentativa de interceptação altera os qubits.
4. A tecnologia pode revolucionar várias indústrias, incluindo finanças e pesquisa científica, graças à sua alta velocidade e eficiência.
5. Desafios técnicos e a necessidade de infraestrutura global e regulamentação são os principais obstáculos a serem superados.

Livros Recomendados sobre Internet Quântica

• Nielsen, M. A., & Chuang, I. L. (2000). Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press.
• Dowling, J. P., & Milburn, G. J. (2003). Quantum Technology: The Second Quantum Revolution. CRC Press.
• Gisin, N., Ribordy, G., Tittel, W., & Zbinden, H. (2002). Quantum Cryptography. Reviews of Modern Physics, 74(1), 145-195.

  Bibliografia: Artigo: Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom network Autores: C. M. Knaut, A. Suleymanzade, Y.-C. Wei, D. R. Assumpcao, P.-J. Stas, Y. Q. Huan, B. Machielse, E. N. Knall, M. Sutula, G. Baranes, N. Sinclair, C. De-Eknamkul, D. S. Levonian, M. K. Bhaskar, H. Park, M. Loncar, M. D. Lukin Revista: Nature Vol.: 629, pages 573-578 DOI: 10.1038/s41586-024-07252-z Artigo: Creation of memory-memory entanglement in a metropolitan quantum network Autores: Jian-Long Liu, Xi-Yu Luo, Yong Yu, Chao-Yang Wang, Bin Wang, Yi Hu, Jun Li, Ming-Yang Zheng, Bo Yao, Zi Yan, Da Teng, Jin-Wei Jiang, Xiao-Bing Liu, Xiu-Ping Xie, Jun Zhang, Qing-He Mao, Xiao Jiang, Qiang Zhang, Xiao-Hui Bao, Jian-Wei Pan Revista: Nature Vol.: 629, pages 579-585 DOI: 10.1038/s41586-024-07308-0 Artigo: Metropolitan-scale heralded entanglement of solid-state qubits Autores: Arian J. Stolk, Kian L. van der Enden, Marie-Christine Slater, Ingmar te Raa-Derckx, Pieter Botma, Joris van Rantwijk, Benjamin Biemond, Ronald A.J. Hagen, Rodolf W. Herfst, Wouter D. Koek, Arjan J.H. Meskers, René Vollmer, Erwin J. van Zwet, Matthew Markham, Andrew M. Edmonds, Jan Fabian Geus, Florian Elsen, Bernd Jungbluth, Constantin Haefner, Christoph Tresp, Jürgen Stuhler, Stephan Ritter, Ronald Hanson Revista: arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2404.03723 https://w3b.com.br/a-revolucao-da-internet-quantica-tres-cidades-conectadas/?feed_id=9667&_unique_id=6650a306c4699

100 km sem precedentes – Pesquisadores estabelecem novo recorde de distância com chaves quânticas

O cabo de fibra óptica de 100 quilômetros por meio do qual uma equipe de pesquisadores da DTU distribuiu com sucesso uma chave criptografada quântica com segurança. Crédito: DTU

Pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) utilizaram com sucesso a criptografia quântica para a transmissão segura de informações a uma distância de 100 quilômetros através de um cabo de fibra óptica, aproximadamente a mesma distância entre Oxford e Londres. Cientistas do Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) alcançaram um avanço na comunicação segura ao distribuir uma chave quântica segura por meio da Distribuição Contínua de Chaves Quânticas Variáveis ​​(CV QKD). Esta equipe estabeleceu um novo recorde ao tornar a técnica eficaz em uma distância sem precedentes de 100 quilômetros, a mais distante já alcançada com o CV QKD. A vantagem do método é que ele pode ser aplicado à infra-estrutura existente da Internet. Os computadores quânticos ameaçam as criptografias existentes baseadas em algoritmos, que atualmente protegem as transferências de dados contra espionagem e vigilância. Eles ainda não são poderosos o suficiente para quebrá-los, mas é uma questão de tempo. Se um computador quântico conseguir descobrir os algoritmos mais seguros, deixará uma porta aberta para todos os dados conectados via Internet. Isto acelerou o desenvolvimento de um novo método de criptografia baseado nos princípios da física quântica. Mas para ter sucesso, os investigadores devem superar um dos desafios da mecânica quântica – garantir consistência em distâncias mais longas. Até agora, a distribuição de chaves quânticas variáveis ​​contínuas funcionou melhor em distâncias curtas. “Conseguimos uma ampla gama de melhorias, principalmente no que diz respeito à perda de fótons ao longo do caminho. Nesta experiência, publicada em Avanços da Ciência, distribuímos com segurança uma chave criptografada quântica por 100 quilômetros por meio de cabo de fibra óptica. Esta é uma distância recorde com este método”, diz Tobias Gehring, professor associado da DTU, que, juntamente com um grupo de pesquisadores da DTU, pretende ser capaz de distribuir informações criptografadas quânticas em todo o mundo através da Internet.

Chaves secretas dos estados quânticos da luz

“Quando os dados precisam ser enviados de A para B, eles devem ser protegidos. A criptografia combina dados com uma chave segura distribuída entre remetente e destinatário para que ambos possam acessar os dados. Um terceiro não deve ser capaz de descobrir a chave enquanto ela está sendo transmitida; caso contrário, a criptografia será comprometida. A troca de chaves é, portanto, essencial na criptografia de dados. A distribuição quântica de chaves (QKD) é uma tecnologia avançada na qual os pesquisadores estão trabalhando para trocas cruciais. A tecnologia garante a troca de chaves criptográficas usando luz de partículas da mecânica quântica chamadas fótons.

O grupo de pesquisa: (na frente) Adnan AE Hajomer, Nitin Jain, Ulrik L. Andersen (atrás) Ivan Derkach, Hou-Man Chin, Tobias Gehring. Crédito: DTU

Quando um remetente envia informações codificadas em fótons, as propriedades da mecânica quântica dos fótons são exploradas para criar uma chave exclusiva para o remetente e o destinatário. As tentativas de outros de medir ou observar fótons em um estado quântico mudarão instantaneamente seu estado. Portanto, fisicamente só é possível medir a luz perturbando o sinal. “É impossível fazer uma cópia de um estado quântico, como fazer uma cópia de uma folha A4 – se você tentar, será uma cópia inferior. É isso que garante que não seja possível copiar a chave. Isto pode proteger infraestruturas críticas, como registos de saúde e o setor financeiro, de serem pirateadas”, explica Tobias Gehring.

Funciona através da infraestrutura existente

A tecnologia Continuous Variable Quantum Key Distribution (CV QKD) pode ser integrada à infraestrutura de Internet existente. “A vantagem de usar essa tecnologia é que podemos construir um sistema que se assemelha ao que a comunicação óptica já utiliza.” A espinha dorsal da Internet é a comunicação óptica. Funciona enviando dados via luz infravermelha que passa por fibras ópticas. Eles funcionam como guias de luz colocados em cabos, garantindo que possamos enviar dados para todo o mundo. Os dados podem ser enviados mais rapidamente e por distâncias maiores através de cabos de fibra óptica, e os sinais de luz são menos suscetíveis a interferências, o que é chamado de ruído em termos técnicos. “É uma tecnologia padrão que já é usada há muito tempo. Portanto, você não precisa inventar nada novo para poder usá-lo para distribuir chaves quânticas, e isso pode tornar a implementação significativamente mais barata. E podemos operar à temperatura ambiente”, explica Tobias Gehring, acrescentando: “Mas a tecnologia CV QKD funciona melhor em distâncias mais curtas. Nossa tarefa é aumentar a distância. E os 100 quilómetros são um grande passo na direção certa.”

Ruído, erros e assistência do aprendizado de máquina

Os pesquisadores conseguiram aumentar a distância abordando três fatores que limitam seu sistema na troca de chaves criptografadas quânticas em distâncias mais longas: O aprendizado de máquina forneceu medições anteriores dos distúrbios que afetam o sistema. O ruído, como são chamados esses distúrbios, pode surgir, por exemplo, da radiação eletromagnética, que pode distorcer ou destruir os estados quânticos transmitidos. A detecção precoce do ruído permitiu reduzir de forma mais eficaz o seu efeito correspondente. Além disso, os pesquisadores melhoraram na correção de erros que podem ocorrer ao longo do caminho, que podem ser causados ​​por ruídos, interferências ou imperfeições no hardware. “No nosso próximo trabalho, utilizaremos a tecnologia para estabelecer uma rede de comunicação segura entre os ministérios dinamarqueses para proteger a sua comunicação. Também tentaremos gerar chaves secretas entre, por exemplo, Copenhaga e Odense, para permitir que empresas com filiais em ambas as cidades estabeleçam comunicações quânticas seguras”, afirma Tobias Gehring. Referência: “Distribuição de chave quântica variável contínua de longa distância em fibra de 100 km com oscilador local local” por Adnan AE Hajomer, Ivan Derkach, Nitin Jain, Hou-Man Chin, Ulrik L. Andersen e Tobias Gehring, 3 de janeiro de 2024, Avanços da Ciência. DOI: 10.1126/sciadv.adi9474 O Fundo de Inovação da Dinamarca, a Fundação Nacional de Pesquisa Dinamarquesa, o programa de pesquisa e inovação Horizonte Europa da União Europeia, a Fundação Carlsberg e a Fundação Científica Tcheca apoiam o projeto. https://w3b.com.br/100-km-sem-precedentes-pesquisadores-estabelecem-novo-recorde-de-distancia-com-chaves-quanticas/?feed_id=5572&_unique_id=664e8fb4af8ee

Revolucionando a Computação com Valleytronics

Pesquisadores do ICFO descobriram um novo método para controlar vales de elétrons em materiais a granel, potencialmente revolucionando a forma como a informação é codificada e manipulada na computação e nas tecnologias quânticas. Ilustração artística do campo de trevo incidente no material a granel MoS2.

Os elétrons em materiais sólidos estão restritos a níveis de energia específicos, conhecidos como “bandas”. O espaço entre essas bandas, as energias proibidas, são conhecidas como “lacunas de bandas”. Ambos juntos constituem a “estrutura de banda” do material, que é uma característica única de cada material específico. Quando os físicos traçam a estrutura de bandas, geralmente veem que as curvas resultantes se assemelham a montanhas e vales. Na verdade, o termo técnico para um máximo ou mínimo de energia local nas bandas é chamado de “vale”, e o campo que estuda e explora como os elétrons no material mudam de um vale para outro é denominado “valleytrônica”. Na eletrônica de semicondutores padrão, a carga elétrica dos elétrons é a propriedade mais utilizada para codificar e manipular informações. Mas estas partículas têm outras propriedades que também poderiam ser utilizadas para o mesmo fim, como o vale em que se encontram. Na última década, o principal objectivo da valetrónica tem sido alcançar o controlo da população do vale (também conhecido como polarização do vale). ) em materiais. Tal conquista poderia ser usada para criar portas e bits clássicos e quânticos, algo que poderia realmente impulsionar o desenvolvimento da computação e do processamento de informações quânticas. As tentativas anteriores apresentaram várias desvantagens. Por exemplo, a luz usada para manipular e alterar a polarização do vale tinha que ser ressonante, ou seja, a energia dos seus fótons (as partículas que constituem a luz) tinha que corresponder exatamente à energia do band gap daquele material específico. Qualquer pequeno desvio reduzia a eficiência do método, portanto, desde que cada material tivesse seus próprios band gaps, generalizar o mecanismo proposto parecia algo fora de alcance. Além disso, este processo só foi alcançado para estruturas monocamadas (materiais 2D, apenas uma

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-espesso). Este requisito dificultou a sua implementação prática, uma vez que as monocamadas são geralmente limitadas em tamanho, qualidade e difíceis de projetar.

Esquema do efeito de polarização de vale, onde o campo de trevo incidente (em roxo) causa polarização de vale no material a granel MoS2. Este efeito pode ser controlado girando o campo em relação ao material. Crédito: ICFO

Agora, os pesquisadores do ICFO Igor Tyulnev, Julita Poborska e Dr. Lenard Vamos, liderados pelo Prof. ICREA Jens Biegert, em colaboração com pesquisadores do Max-Born-Institute, do Instituto Max-Planck para a Ciência da Luz e do Instituto de A Ciencia de Materiales de Madrid encontrou um novo método universal para induzir a polarização do vale em materiais a granel centrossimétricos. A descoberta, publicada em Natureza, abre a possibilidade de controlar e manipular a população do vale sem ser restringido pelo material específico escolhido. Ao mesmo tempo, o método pode ser utilizado para obter uma caracterização mais detalhada de cristais e materiais 2D.

A polarização Valley em materiais a granel é possível

A aventura começou com o grupo experimental liderado pelo Prof. do ICREA no ICFO Jens Biegert que inicialmente queria produzir experimentalmente a polarização de vale usando seu método particular em materiais 2D, seguindo as linhas do que havia sido teoricamente provado em um artigo teórico anterior de Álvaro Jiménez, Rui Silva e Misha Ivanov. Para configurar o experimento, a medição inicial foi tentada em massa MoS₂ (um material a granel é feito de muitas monocamadas empilhadas juntas) com o resultado surpreendente de que eles viram a assinatura da polarização do vale. “Quando começamos a trabalhar neste projeto, nossos colaboradores teóricos nos disseram que mostrar a polarização do vale em materiais a granel era bastante impossível”, explica Julita Poborska. A equipe teórica também observa como, no início, seu modelo era adequado apenas para camadas 2D únicas. “À primeira vista, parecia que adicionar mais camadas dificultaria a seleção de vales específicos na amostra. Mas após os primeiros resultados experimentais, ajustamos a simulação para materiais a granel e validamos as observações surpreendentemente bem. Nem tentamos encaixar nada. Foi assim que surgiu”, acrescenta o Prof. Misha Ivanov, o líder teórico. No final, “descobriu-se que sim, é possível realmente polarizar em vale materiais a granel que são simétricos centrais, devido às condições de simetria”, conclui Poborska.

Pesquisadores do ICFO. Da esquerda para a direita: Dr. Lenard Vamos, Julita Poborska, Igor Tyulnev e Prof. ICREA Jens Biegert. Crédito: ICFO

Como explica Igor Tyulnev, primeiro autor do artigo: “Nossa experiência consistiu em criar um pulso de luz intenso com uma polarização que se ajustasse a essa estrutura interna. O resultado foi o chamado “campo de trevo”, cuja simetria correspondia às sub-redes triangulares que constituem materiais hexagonais heteroatômicos.” Este campo forte de simetria correspondente quebra a simetria de espaço e tempo dentro do material e, mais importante, a configuração resultante depende da orientação do campo do trevo em relação ao material. Portanto, “simplesmente girando o campo de luz incidente, fomos capazes de modular a polarização do vale”, conclui Tyulnev, uma grande conquista na área e uma confirmação de uma nova técnica universal que pode controlar e manipular os vales de elétrons em materiais a granel.

O processo experimental

O experimento pode ser explicado em três etapas principais: Primeiro, a síntese do campo do trevo; depois a sua caracterização; e, finalmente, a produção real da polarização do vale. Os pesquisadores enfatizam a precisão incrivelmente alta que o processo de caracterização exigia, já que o campo do trevo é composto não apenas por um, mas por dois campos ópticos combinados de forma coerente. Um deles deveria ser polarizado circularmente em uma direção, e o outro precisava ser o segundo harmônico do primeiro feixe, polarizado com lateralidade oposta. Eles sobrepuseram esses campos uns aos outros, de modo que a polarização total no tempo traçasse a forma desejada do trevo. Três anos após as primeiras tentativas experimentais, Igor Tyulnev está entusiasmado com a recente Natureza publicação. A aparição numa revista tão prestigiada reconhece o novo método universal que, como afirma, “pode ser usado não apenas para controlar as propriedades de uma ampla variedade de produtos químicos

espécies

Uma espécie é um grupo de organismos vivos que compartilham um conjunto de características comuns e são capazes de procriar e produzir descendentes férteis. O conceito de espécie é importante na biologia, pois é usado para classificar e organizar a diversidade da vida. Existem diferentes formas de definir uma espécie, mas a mais amplamente aceita é o conceito biológico de espécie, que define uma espécie como um grupo de organismos que podem cruzar e produzir descendentes viáveis ​​na natureza. Esta definição é amplamente utilizada na biologia evolutiva e na ecologia para identificar e classificar organismos vivos.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">espéciesmas também para caracterizar cristais e materiais 2D”.. Como observa o Prof. ICREA do ICFO Jens Biegert: “Nosso método pode fornecer um ingrediente importante para projetar materiais energeticamente eficientes para armazenamento eficiente de informações e troca rápida. Isso atende à necessidade premente de dispositivos de baixo consumo de energia e maior velocidade computacional. Não posso prometer que o que fornecemos seja A solução, mas é provavelmente uma solução para este grande desafio.” Referência: “Valleytronics in bulk MoS2 com um campo óptico topológico” por Igor Tyulnev, Álvaro Jiménez-Galán, Julita Poborska, Lenard Vamos, Philip St. J. Russell, Francesco Tani, Olga Smirnova, Misha Ivanov, Rui EF Silva e Jens Biegert , 24 de abril de 2024, Natureza. DOI: 10.1038/s41586-024-07156-y https://w3b.com.br/revolucionando-a-computacao-com-valleytronics/?feed_id=5319&_unique_id=664a710162b51

Redefinindo a comunicação quântica: pesquisadores resolveram um problema fundamental na transmissão de informações quânticas

Pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio resolveram um problema fundamental na transmissão de informações quânticas, o que poderia aumentar drasticamente a utilidade dos circuitos integrados e da computação quântica. Crédito: Instituto de Ciência Industrial, Universidade de Tóquio

A eletrônica quântica representa um afastamento significativo da eletrônica convencional. Nos sistemas tradicionais, a memória é armazenada em dígitos binários. Em contraste, a eletrônica quântica utiliza qubits para armazenamento, que podem assumir várias formas, incluindo elétrons presos em nanoestruturas conhecidas como pontos quânticos. No entanto, a capacidade de transmitir informações além do ponto quântico adjacente representa um desafio substancial, limitando assim as possibilidades de design para qubits. Agora, em um estudo publicado recentemente em Cartas de revisão física, pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio estão resolvendo este problema: eles desenvolveram uma nova tecnologia para transmitir informações quânticas, talvez em dezenas a cem micrômetros. Este avanço poderia melhorar a funcionalidade da próxima eletrônica quântica.

O Mecanismo de Transmissão

Como os pesquisadores podem transmitir informações quânticas, de um ponto quântico para outro, no mesmo chip de computador quântico? Uma maneira poderia ser converter informações de elétrons (matéria) em informações de luz (ondas eletromagnéticas): gerando estados híbridos luz-matéria. Trabalhos anteriores foram incompatíveis com as necessidades de um elétron no processamento de informações quânticas. Melhorar a transmissão de informações quânticas em alta velocidade de uma forma que seja mais flexível no design e compatível com as ferramentas de fabricação de semicondutores disponíveis foi atualmente o objetivo do estudo da equipe de pesquisa. “Em nosso trabalho, acoplamos alguns elétrons no ponto quântico a um circuito elétrico conhecido como ressonador de anel dividido de tera-hertz”, explica Kazuyuki Kuroyama, principal autor do estudo. “O design é simples e adequado para integração em larga escala.” Trabalhos anteriores basearam-se no acoplamento do ressonador com um conjunto de milhares a dezenas de milhares de elétrons. Na verdade, a força do acoplamento é baseada no grande tamanho deste conjunto. Em contraste, o presente sistema confina apenas alguns elétrons, o que é adequado para o processamento de informação quântica. No entanto, tanto os elétrons quanto as ondas eletromagnéticas tera-hertz estão confinados a uma área ultra pequena. Portanto, a força do acoplamento é comparável em força à dos sistemas de muitos elétrons. “Estamos entusiasmados porque usamos estruturas que são difundidas em nanotecnologia avançada – e são comumente integradas na fabricação de semicondutores – para ajudar a resolver um problema prático de transmissão de informação quântica”, disse Kazuhiko Hirakawa, autor sênior. “Também esperamos aplicar nossas descobertas à compreensão da física fundamental dos estados acoplados luz-elétron.” Este trabalho é um passo importante na resolução de um problema anteriormente incômodo na transmissão de informações quânticas que tem aplicações limitadas de descobertas laboratoriais. Além disso, essa interconversão luz-matéria é considerada uma das arquiteturas essenciais para computadores quânticos de grande escala baseados em pontos quânticos semicondutores. Como os resultados dos pesquisadores são baseados em materiais e procedimentos comuns na fabricação de semicondutores, a implementação prática deve ser simples. Referência: “Interação coerente de um ponto quântico de poucos elétrons com um ressonador óptico Tera-hertz” por Kazuyuki Kuroyama, Jinkwan Kwoen, Yasuhiko Arakawa e Kazuhiko Hirakawa, 9 de fevereiro de 2024. Cartas de revisão física. DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.066901

https://w3b.com.br/redefinindo-a-comunicacao-quantica-pesquisadores-resolveram-um-problema-fundamental-na-transmissao-de-informacoes-quanticas/?feed_id=5383&_unique_id=6647546194ad7

Computação quântica encontra a genômica o surgimento da análise hiper-rápida de DNA

Uma colaboração pioneira foi estabelecida para focar no uso da computação quântica para aprimorar a genômica. A equipe desenvolverá algoritmos para acelerar a análise de conjuntos de dados pangenômicos, o que poderá revolucionar a medicina personalizada e o gerenciamento de patógenos. Crédito: SciTechDaily.com

Um novo projeto une especialistas líderes mundiais em

Computação quântica

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

Computação quântica e genômica para desenvolver novos métodos e algoritmos para processar dados biológicos. Os pesquisadores pretendem aproveitar a computação quântica para acelerar a genômica, melhorando nossa compreensão

ADN

DNA, ou ácido desoxirribonucleico, é uma molécula composta por duas longas cadeias de nucleotídeos que se enrolam para formar uma dupla hélice. É o material hereditário dos humanos e de quase todos os outros organismos que carrega instruções genéticas para o desenvolvimento, funcionamento, crescimento e reprodução. Quase todas as células do corpo de uma pessoa têm o mesmo DNA. A maior parte do DNA está localizada no núcleo da célula (onde é chamada de DNA nuclear), mas uma pequena quantidade de DNA também pode ser encontrada nas mitocôndrias (onde é chamada de DNA mitocondrial ou mtDNA).

DNA e impulsionando avanços na medicina personalizada Foi formada uma nova colaboração, unindo uma equipe interdisciplinar líder mundial com habilidades em computação quântica, genômica e algoritmos avançados. O objetivo deles é enfrentar um dos problemas computacionais mais desafiadores da ciência genômica: construir, aumentar e analisar conjuntos de dados pangenômicos para grandes amostras populacionais. Seu projeto está na fronteira da pesquisa tanto na ciência biomédica quanto na computação quântica. O projeto, que envolve pesquisadores do Universidade de Cambridgeo Instituto Wellcome Sangere EMBL Instituto Europeu de Bioinformática (EMBL-EBI)recebeu até US$ 3,5 milhões para explorar o potencial da computação quântica para melhorias na saúde humana. A equipe pretende desenvolver algoritmos de computação quântica com potencial para acelerar a produção e análise de pangenomas – novas representações de sequências de DNA que capturam a diversidade populacional. Seus métodos serão projetados para funcionar em computadores quânticos emergentes. O projeto é um dos 12 selecionados mundialmente para o Programa de Desafio Apoiado Wellcome Leap Quantum for Bio (Q4Bio).

Avanços na Genômica

Desde o sequenciamento inicial do genoma humano há mais de duas décadas, a genômica revolucionou a ciência e a medicina. Menos de um por cento dos 6,4 mil milhões de letras do código do ADN diferem de um ser humano para outro, mas são essas diferenças genéticas que tornam cada um de nós único. Nosso código genético pode fornecer informações sobre nossa saúde, ajudar a diagnosticar doenças ou orientar tratamentos médicos. No entanto, a sequência do genoma humano de referência, com a qual o DNA humano sequenciado posteriormente é comparado, é baseada em dados de apenas algumas pessoas e não representa a diversidade humana. Os cientistas têm trabalhado para resolver este problema há mais de uma década e, em 2023, o primeira referência ao pangenoma humano foi produzido. Um pangenoma é uma coleção de muitas sequências genômicas diferentes que capturam a diversidade genética de uma população. Pangenomas poderiam potencialmente ser produzidos para todos

espécies

Uma espécie é um grupo de organismos vivos que compartilham um conjunto de características comuns e são capazes de procriar e produzir descendentes férteis. O conceito de espécie é importante na biologia, pois é usado para classificar e organizar a diversidade da vida. Existem diferentes formas de definir uma espécie, mas a mais amplamente aceita é o conceito biológico de espécie, que define uma espécie como um grupo de organismos que podem cruzar e produzir descendentes viáveis ​​na natureza. Esta definição é amplamente utilizada na biologia evolutiva e na ecologia para identificar e classificar organismos vivos.

O coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) é o nome oficial da cepa do vírus que causa a doença do coronavírus (COVID-19). Antes da adoção desse nome, ele era comumente referido como o novo coronavírus de 2019 (2019-nCoV), o coronavírus Wuhan ou o vírus Wuhan.

Computação Quântica em Genômica

A pangenômica, um novo domínio da ciência, exige altos níveis de poder computacional. Embora a estrutura do genoma de referência humano existente seja linear, os dados do pangenoma podem ser representados e analisados ​​como uma rede, chamada gráfico de sequência, que armazena a estrutura compartilhada das relações genéticas entre muitos genomas. Comparar genomas individuais subsequentes com o pangenoma envolve mapear uma rota para suas sequências através do gráfico. Neste novo projeto, a equipe pretende desenvolver abordagens de computação quântica com potencial para acelerar os principais processos de mapeamento de dados para nós gráficos e encontrar boas rotas através do gráfico. As tecnologias quânticas estão preparadas para revolucionar a computação de alto desempenho. A computação clássica armazena informações como bits, que são binários – 0 ou 1. No entanto, um computador quântico trabalha com partículas que podem estar em superposição de diferentes estados simultaneamente. Em vez de bits, as informações em um computador quântico são representadas por qubits (bits quânticos), que podem assumir o valor 0 ou 1, ou estar em um estado de superposição entre 0 e 1. Ele aproveita a mecânica quântica para permitir soluções para problemas que não são práticos de resolver usando computadores clássicos.

Desafios e Perspectivas Futuras

No entanto, o atual hardware de computador quântico é inerentemente sensível ao ruído e à decoerência, pelo que aumentá-lo apresenta um imenso desafio tecnológico. Embora tenham havido experiências e demonstrações emocionantes de prova de conceito, os computadores quânticos de hoje permanecem limitados em tamanho e poder computacional, o que restringe sua aplicação prática. Mas espera-se que avanços significativos em hardware quântico surjam nos próximos três a cinco anos. O Wellcome Leap Q4Bio Challenge é baseado na premissa de que os primeiros dias de qualquer novo método computacional avançarão e se beneficiarão mais do codesenvolvimento de aplicativos, software e hardware – permitindo otimizações com sistemas iniciais ainda não generalizáveis. Com base em métodos de genómica computacional de última geração, a equipa irá desenvolver, simular e depois implementar novos algoritmos quânticos, utilizando dados reais. Os algoritmos e métodos serão testados e refinados inicialmente em poderosos ambientes de computação de alto desempenho (HPC) existentes, que serão usados ​​como simulações do hardware de computação quântica esperado. Eles testarão algoritmos primeiro usando pequenos trechos de sequência de DNA, trabalhando até o processamento de sequências genômicas relativamente pequenas, como o SARS-CoV-2, antes de passar para o genoma humano, muito maior.

Perspectivas da equipe

Sergii Strelchuk, investigador principal do projeto do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica da Universidade de Cambridge, disse: “A estrutura de muitos problemas desafiadores em genômica computacional e pangenômica em particular os torna candidatos adequados para acelerações prometidas pela computação quântica. . Estamos em uma jornada emocionante para desenvolver e implantar algoritmos quânticos adaptados a dados genômicos para obter novos insights, que são inatingíveis usando algoritmos clássicos.” David Holland, administrador principal de sistemas do Wellcome Sanger Institute, que está trabalhando para criar o ambiente de computação de alto desempenho para simular um computador quântico, disse: “Apenas arranhamos a superfície da computação quântica e da pangenômica. Portanto, unir esses dois mundos é incrivelmente emocionante. Não sabemos exatamente o que está por vir, mas vemos grandes oportunidades para novos avanços importantes. Estamos fazendo coisas hoje que esperamos que tornem o amanhã melhor.” David Yuan, líder de projeto da EMBL-EBI, disse: “Por um lado, estamos começando do zero porque ainda nem sabemos como representar um pangenoma em um ambiente de computação quântica. Se você comparar com os primeiros pousos na Lua, este projeto equivale a projetar um foguete e treinar os astronautas. Por outro lado, temos bases sólidas, baseadas em décadas de dados genômicos sistematicamente anotados, gerados por pesquisadores de todo o mundo e disponibilizados pelo EMBL-EBI. O facto de estarmos a utilizar este conhecimento para desenvolver a próxima geração de ferramentas para as ciências da vida é uma prova da importância dos dados abertos e da ciência colaborativa.” Os benefícios potenciais deste trabalho são enormes. A comparação de um genoma humano específico com o pangenoma humano – em vez do genoma humano de referência existente – fornece melhores insights sobre sua composição única. Isto será importante para impulsionar a medicina personalizada. Abordagens semelhantes para genomas bacterianos e virais apoiarão o rastreamento e a gestão de surtos de patógenos. Este projeto é financiado pelo Programa de Desafio Apoiado Wellcome Leap Quantum for Bio (Q4Bio). https://w3b.com.br/computacao-quantica-encontra-a-genomica-o-surgimento-da-analise-hiper-rapida-de-dna/?feed_id=4751&_unique_id=6632b5fd64b6e

Segurança da era espacial: como os satélites poderiam estender a criptografia quântica globalmente

A atual criptografia de dados da Internet depende de algoritmos matemáticos vulneráveis ​​à computação quântica, mas um novo método baseado na criptografia quântica utiliza partículas de luz para codificação inviolável e pode ser estendido globalmente com satélites. Uma rede híbrida também pode combinar ambos os tipos de criptografia, utilizando métodos quânticos apenas para dados particularmente sensíveis.

A criptografia quântica permite comunicação segura em grandes distâncias.

Como podemos garantir que os dados enviados pela Internet só sejam acessíveis ao destinatário pretendido? Atualmente, nossos dados são protegidos por métodos de criptografia baseados na premissa de que fatorar grandes números é uma tarefa complexa. No entanto, como

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 avanços, essas técnicas de criptografia podem se tornar vulneráveis ​​e potencialmente ineficazes no futuro.

Criptografia por meio de leis físicas

Tobias Vogl, professor de Engenharia de Sistemas de Comunicação Quântica, está trabalhando em um processo de criptografia que se baseia em princípios da física. “A segurança será baseada na codificação da informação em partículas de luz individuais e depois na transmissão. As leis da física não permitem que esta informação seja extraída ou copiada. Quando a informação é interceptada, as partículas de luz alteram suas características. Como podemos medir essas mudanças de estado, qualquer tentativa de interceptação dos dados transmitidos será reconhecida imediatamente, independentemente dos futuros avanços tecnológicos”, afirma Tobias Vogl. O grande desafio da chamada criptografia quântica está na transmissão de dados a longas distâncias. Nas comunicações clássicas, a informação é codificada em muitas partículas de luz e transmitida através de fibras ópticas. No entanto, as informações em uma única partícula não podem ser copiadas. Como resultado, o sinal de luz não pode ser amplificado repetidamente, como acontece com as atuais transmissões de fibra óptica. Isto limita a distância de transmissão da informação a algumas centenas de quilómetros. Para enviar informações para outras cidades ou continentes, será utilizada a estrutura da atmosfera. Em altitudes superiores a cerca de 10 quilómetros, a atmosfera é tão fina que a luz não é espalhada nem absorvida. Isto tornará possível a utilização de satélites para estender as comunicações quânticas a distâncias mais longas.

Satélites para comunicações quânticas

Como parte da missão QUICK³, Tobias Vogl e a sua equipa estão a desenvolver um sistema completo, incluindo todos os componentes necessários para construir um satélite para comunicações quânticas. Numa primeira etapa, a equipe testou cada um dos componentes do satélite. O próximo passo será testar todo o sistema no espaço. Os pesquisadores irão investigar se a tecnologia pode suportar as condições do espaço sideral e como os componentes individuais do sistema interagem. O lançamento do satélite está previsto para 2025. No entanto, para criar uma rede abrangente para comunicações quânticas, serão necessárias centenas ou talvez milhares de satélites.

Rede híbrida para criptografia

O conceito não exige necessariamente que toda a informação seja transmitida através deste método, que é altamente complexo e dispendioso. É concebível que uma rede híbrida possa ser implementada na qual os dados possam ser criptografados física ou matematicamente. Antonia Wachter-Zeh, professora de Codificação e Criptografia, está trabalhando para desenvolver algoritmos suficientemente complexos que nem mesmo computadores quânticos possam resolvê-los. No futuro, ainda será suficiente criptografar a maior parte das informações usando algoritmos matemáticos. A criptografia quântica será uma opção apenas para documentos que requeiram proteção especial, por exemplo nas comunicações entre bancos. Referência: “QUICK3 – Projeto de uma fonte de luz quântica baseada em satélite para comunicação quântica e testes de teoria física estendida no espaço” por Najme Ahmadi, Sven Schwertfeger, Philipp Werner, Lukas Wiese, Joseph Lester, Elisa Da Ros, Josefine Krause, Sebastian Ritter , Mostafa Abasifard, Chanaprom Cholsuk, Ria G. Krämer, Simone Atzeni, Mustafa Gündoğan, Subash Sachidananda, Daniel Pardo, Stefan Nolte, Alexander Lohrmann, Alexander Ling, Julian Bartholomäus, Giacomo Corrielli, Markus Krutzik e Tobias Vogl, 21 de janeiro de 2024, Tecnologias Quânticas Avançadas. DOI: 10.1002/qute.202300343

https://w3b.com.br/seguranca-da-era-espacial-como-os-satelites-poderiam-estender-a-criptografia-quantica-globalmente/?feed_id=4042&_unique_id=662d144dc6e3a

Processamento compacto de luz quântica: avanço na computação óptica que dobra o tempo

Os pesquisadores demonstraram um método escalável para a computação quântica, mostrando com sucesso a interferência quântica entre fótons usando codificação temporal, oferecendo um caminho potencial para tecnologias quânticas mais acessíveis. Crédito: SciTechDaily.com

Um salto em frente na computação quântica óptica.

Uma colaboração internacional de investigadores, liderada por Philip Walther, da Universidade de Viena, alcançou um avanço significativo na tecnologia quântica, com a demonstração bem-sucedida da interferência quântica entre vários fotões únicos, utilizando uma nova plataforma eficiente em termos de recursos. O trabalho publicado na prestigiada revista

Avanços da Ciência

Science Advances é uma revista científica revisada por pares e de acesso aberto publicada pela Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS). Foi lançado em 2015 e cobre uma ampla gama de tópicos nas ciências naturais, incluindo biologia, química, ciências da terra e ambientais, ciência dos materiais e física.

" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">Avanços da Ciência representa um avanço notável em óptica

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 que abre caminho para tecnologias quânticas mais escaláveis.

A interferência entre fótons, um fenômeno fundamental na óptica quântica, serve como base da computação quântica óptica. Envolve aproveitar as propriedades da luz, como a sua dualidade onda-partícula, para induzir padrões de interferência, permitindo a codificação e o processamento de informação quântica.

Em multi-tradicional

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 experimentos, codificação espacial é comumente empregado, em que os fótons são manipulados em diferentes caminhos espaciais para induzir interferência. Esses experimentos exigem configurações complexas com vários componentes, tornando-os intensivos em recursos e difíceis de escalar.

Em contraste, a equipa internacional, composta por cientistas da Universidade de Viena, do Politecnico di Milano e da Université libre de Bruxells, optou por uma abordagem baseada em codificação temporal. Esta técnica manipula o domínio do tempo dos fótons em vez de suas estatísticas espaciais.

Figura 1. Processador multifóton com eficiência de recursos baseado em um loop de fibra óptica. Crédito: Marco Di Vita

Para concretizar esta abordagem, eles desenvolveram uma arquitetura inovadora no Laboratório Christian Doppler da Universidade de Viena, utilizando um loop de fibra óptica (Fig.1). Este design permite o uso repetido dos mesmos componentes ópticos, facilitando a interferência multifóton eficiente com recursos físicos mínimos.

O primeiro autor, Lorenzo Carosini, explica: “Em nosso experimento, observamos interferência quântica entre até oito fótons, ultrapassando a escala da maioria dos experimentos existentes. Graças à versatilidade da nossa abordagem, o padrão de interferência pode ser reconfigurado e o tamanho do experimento pode ser dimensionado, sem alterar a configuração óptica.”

Os resultados demonstram a significativa eficiência de recursos da arquitetura implementada em comparação com abordagens tradicionais de codificação espacial, abrindo caminho para tecnologias quânticas mais acessíveis e escaláveis.

Referência: “Interferência quântica multifotônica programável em um único modo espacial” por Lorenzo Carosini, Virginia Oddi, Francesco Giorgino, Lena M. Hansen, Benoit Seron, Simone Piacentini, Tobias Guggemos, Iris Agresti, Juan C. Loredo e Philip Walther, 19 de abril 2024, Avanços da Ciência. DOI: 10.1126/sciadv.adj0993

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