Primeiro simulador quântico já está em funcionamento

Primeiro simulador quântico já está em funcionamento

Imagine estar preso dentro de um labirinto e querendo encontrar o caminho para sair. Como você procede? A resposta é tentativa e erro. É assim que os computadores tradicionais com algoritmos clássicos operam para encontrar a solução para um problema complexo. Agora, considere isto: E se, por mágica, você fosse capaz de se clonar em múltiplas versões, de modo que fosse capaz de percorrer todos os vários caminhos ao mesmo tempo? Você encontraria a saída quase instantaneamente.

Acontece que não estamos falando de mágica - estamos falando de partículas atômicas e subatômicas. Um elétron, por exemplo, pode estar em vários lugares ao mesmo tempo. Este é um princípio fundamental da natureza conhecido na mecânica quântica como o princípio da superposição.

Agora, imagine se aproveitarmos esse princípio e o aplicarmos a nossos simuladores e computadores clássicos. Imagine quão drasticamente mais eficiente seríamos no processamento de informações!

Este é o princípio por trás dos computadores quânticos e dos simuladores quânticos. Em essência, os computadores quânticos usam a capacidade das partículas subatômicas de existir em mais de um lugar ao mesmo tempo.

Os simuladores quânticos não são apenas bons para eficiência nos tempos de processamento, mas são a opção "natural" para simular sistemas simples e complexos na natureza. Essa é uma conseqüência direta do fato de que a natureza é, em última instância, governada pelas leis da mecânica quântica.

Os simuladores quânticos nos proporcionam uma excelente oportunidade para simular aspectos fundamentais da natureza e compreender suas dinâmicas ocultas sem sequer olhar para as complexidades decorrentes das várias partículas e suas interações. Este é precisamente o motivo por trás da pesquisa do professor Ebrahim Karimi e sua equipe.

A equipe de Karimi simula estruturas periódicas e fechadas na natureza, como moléculas em forma de anel e redes cristalinas, invocando as propriedades da mecânica quântica da luz. Os resultados podem nos ajudar a entender a dinâmica envolvida em tais sistemas, bem como abrir a possibilidade de desenvolver computadores quânticos eficientes baseados em fotônica.

A equipe de Karimi construiu e operou com sucesso o primeiro simulador quântico projetado especificamente para simular sistemas cíclicos (em forma de anel). Um simulador quântico simula um sistema quântico. A equipe usou o quantum de luz (fóton) para simular o movimento quântico de elétrons dentro de anéis feitos de diferentes números de átomos. Os resultados do experimento revelaram que a física dos sistemas em forma de anel é fundamentalmente diferente dos sistemas em forma de linha.

Ao fazer isso, a equipe estabeleceu uma poderosa técnica experimental para simular uma ampla classe de sistemas atômicos e abriu uma nova janela para explorar muitas oportunidades resultantes de seu trabalho.

"Prevemos que, dentro de um curto período de tempo, nossa pesquisa terá um impacto muito grande em várias disciplinas, desde a medicina até a ciência da computação, da química orgânica e biologia à ciência dos materiais e física fundamental", diz o Dr. Farshad Nejadsattari. um dos bolsistas de pós-doutorado de Karimi, que fazia parte do projeto.

Num simulador quântico, uma partícula quântica que pode ser facilmente controlada e é fisicamente bem compreendida (no nosso caso, uma partícula de luz, um foton) é deixado para propagar dentro de um sistema destinado a ser semelhante ao que está a ser simulado.

Algumas descobertas interessantes deste experimento incluem encontrar formas específicas de distribuir a partícula no anel de forma que a distribuição nunca se altere à medida que a partícula se propaga, e também encontrar casos em que a partícula se espalha primeiro no anel e ressurge no local onde foi inicialmente colocado. Isso nunca foi visto experimentalmente em qualquer simulador quântico.

Com as técnicas de simulação quântica se tornando mais maduras e complexas, a sintetização de novos materiais, produtos químicos e desenvolvimento de medicamentos será bastante simplificada. O simulador quântico ajudará a fornecer todas as informações necessárias em um piscar de olhos.

Artigo:

Farshad Nejadsattari, Yingwen Zhang, Frédéric Bouchard, Hugo Larocque, Alicia Sit, Eliahu Cohen, Robert Fickler, Ebrahim Karimi. Experimental realization of wave-packet dynamics in cyclic quantum walks. Optica, 2019; 6 (2): 174 DOI: 10.1364/OPTICA.6.000174

Fonte:

www.sciencedaily.com