No ‘ASSOMBROSO’ Mundo da Computação Quântica

Além da física clássica, existe a física quântica…desenvolvida no começo do século XX.   É uma física desconcertante – e, se a física quântica é assim…computadores baseados nela não seriam muito diferentes… Computando inúmeras possibilidades e resultados   de uma só vez – são capazes de realizar…literalmente… ‘tudo ao mesmo tempo agora’.

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Computador pessoal completa 25 anos…          Este é o computador para todos que desejam um sistema pessoal no escritório, no campus…ou, até mesmo… em casa’

O primeiro computador pessoal – o ‘PC’… foi lançado pela IBM, no dia 12 de agosto de 1981, causando uma revolução – tanto no ambiente de trabalho, como nas residências.

Ele foi lançado com jogos e ferramentas rudimentares, incluindo um tutorial de música – gráficos em 4 cores diferentes…24 em texto; e linguagem de programação Microsoft BASIC.

A versão mais barata vinha com CPU e teclado, sem incluir monitor, e o drive de disquete, mais um alto-falante mono embutido, para música e áudio – com apenas 16k de memória; o que corresponde, hoje, à capacidade de 2 e-mails convencionais.

Havia também um jogo de aventura  –  que não usava gráficos, apenas texto … chamado Microsoft Adventure. A Microsoft também fornecia o sistema operacional das máquinas originais, o DOS. Os drives de disquete eram opcionais…e um de 5.25 polegadas poderia armazenar outros 160k de informação.

Já o consumidor atual tem disponível, por exemplo, um processador duplo de 1.8 GHZ – acima de 765 vezes mais potente do que o PC original…Com 1GB de memória, ela tem 65 mil vezes mais capacidade do que o IBM original…O disco rígido de 160GB é equivalente     a mais de 1 milhão de disquetes dos usados nas máquinas de 1981.

Dessa forma, o PC ajudou a padronizar a informação mundialmente… Seus dados passaram a ser lidos em outros PCs… e  –  existem mais de um bilhão deles em operação no mundo de hoje. (16/11/2006)

Computadores quânticos

Se você possui um computador, esteja certo de que ele é um ‘clássico’… Não que seja velho, ou de um modelo venerado pelo estilo, mas porque funciona basicamente de acordo com a chamada física clássica criada pelo inglês Isaac Newton há 300 anos… – Nesse sentido, ele não difere muito de um ‘ábaco‘ de mais de 2.500 anos atrás… que era pouco mais que um amontoado de pedrinhas movidas manualmente para efetuar cálculos. – A diferença é que, ao invés de pedras, os computadores de hoje lidam com elétrons…e, em lugar de mãos… — possuem milhões de chips repletos de minúsculos componentes para mover esses elétrons à velocidade da luz.

Existem 3 maneiras de fazer um computador trabalhar mais rápido…Uma é usando vários computadores para um mesmo fim. Outra, é construindo novos computadores (hardware) mais eficientes… – E a 3ª é elaborar ‘algoritmos computacionais’ (software) que permitam maior rapidez em suas atividades.

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Um algoritmo é qualquer ‘equação computacional’  –  que recebe algum valor… ou conjunto de valores como entrada — e produz algum valor, ou conjunto de valores como resultado; levando em conta todas as variáveis que possam surgir.

Os ‘algoritmos’ utilizados nos atuais computadores (algoritmos clássicos) são baseados em procedimento passo a passo… – ainda que muitos milhões de procedimentos sejam feitos em 1 segundo, por meio de milhões de transistores – que são ligados e desligados… para representar os valores 0 e 1.

Os computadores quânticos, usando, por exemplo… – átomos como bits quânticos, ou qubits... podem ter alterado seu magnetismo, ou outras de suas propriedades, a fim de representar 0 e 1… ou mesmo, os 2 estados sobrepostos. – Sendo capazes de executar muitos procedimentos em um único passo… – por meio de ‘algoritmos quânticos(muito diferentes da lógica utilizada nos programas atuais) poderão fatorar grandes números, revolucionar a ‘criptografia’, e ajudar em projetos intensivos de cálculos – em assuntos tão complexos… como ‘previsão meteorológica’. 

Processamento quântico

Os computadores atuais têm em sua menor unidade de armazenagem um dígito binário – ou bit, que é a unidade fundamental de informação…só podendo assumir 2 valores… zero ou 1… – Eles formam a base da armazenagem de informação usada na computação digital.

Uma série de bits em conjunto formam valores que, quando combinados em grupos de 8 – em um computador pessoal… esses bits se tornam bytes. Já computadores quânticos não são baseados em bits, mas sim em qubits (bit quântico), que representa sua unidade fundamental de informação.

Nesse caso – em vez de operarmos apenas com os números 0 e 1 – há uma gama maior de possibilidades… – Além do qubit poder estar em um estado de ‘superposição‘…que é ao mesmo tempo 0 e 1, ele também podem oscilar no espaço intermediário destas posições – como interruptores de luz que pudessem estar 1/2 desligados…Essa flexibilidade os torna úteis para armazenar e processar dados, quanticamente.

Pares de átomos, quando forçados a conviver em espaços limitados em um computador quântico, podem ser manipulados para estar em diferentes estados simultaneamente – enquanto se entrelaçam, e assim, processar exponencialmente mais informação do que       um computador tradicional.

Para se ter uma ideia da eficiência de seu desempenho, enquanto os computadores atuais processam dados em blocos de 64 bits de cada vez… um ‘computador quântico’ – no qual um qubit consegue guardar os valores 0 e 1 ao mesmo tempo – com os mesmos 64 qubits – será nada menos do que 264 vezes mais rápido.

Para desenvolver o processamento na computação quântica, porém, é preciso descobrir como fazer para que cada par de átomos oscile, e se mova independente dos demais… – como 2 moedas que estivessem girando, simultaneamente no ar… – correlacionadas de modo a que – sempre que uma delas tem o lado cara para cima…a outra assume coroa. Essas propriedades na computação quântica correspondem aos clássicos ‘transistores’  (chaves liga-desliga em um circuito eletrônico).

Superposição quântica

A “superposição quântica representa a possibilidade de um objeto quântico assumir uma combinação peculiar de propriedades que… — de acordo com nossa velha intuição clássica, seriam mutuamente excludentes.

Ou seja, a superposição é uma lei da mecânica quântica que postula que, para qualquer ‘sistema quântico‘ no qual exista uma certa quantidade de informação observável, ocorre sempre uma sobreposição de 2 ou mais estados possíveis.

Isso implica, para a computação quântica, que o qubit pode assumir os valores 0 e 1, além de uma sobreposição destes 2 valores…Tomando como exemplo uma bola de gude, que só pode ser inserida em 2 buracos diferentes, os quais chamaremos de buraco 0 e buraco 1 – este formato clássico, usando apenas um bit de informação, nos deixa ver completamente a situação da bola de gude, que só pode assumir o valor 0 ou 1.

Idealizemos agora, um análogo microscópico dessa bola de gude – um pequeno objeto que satisfaça às leis da mecânica quântica…Há alguns anos já é possível colocar microeletrodos numa placa de silício, de maneira a prender o elétron individual em uma de 2 posições próximas

Essas 2 regiões onde o elétron pode estar são ditos pontos quânticos – e, como no caso da bola de gude, chamamos de ponto 0…e o outro de ponto 1.

Segundo a mecânica quântica…é possível colocarmos o elétron numa situação em que 2 propriedades mutuamente excludentes se combinem de uma forma especial. No caso do elétron, além de podermos colocá-lo no ponto 0, ou no 1, podemos também colocá-lo em uma situação na qual ele se comporte, de certa forma como se estivesse nos 2 pontos ao mesmo tempo. Diz-se então que o elétron está num estado de superposição entre os 2 pontos.

Amplitudes de probabilidade

Essa superposição pode ser criada com várias gradações – ou seja – podemos escolher o “peso” de cada uma das possibilidades clássicas de posição. Esses pesos são conhecidos como amplitudes de probabilidade. Essas amplitudes descrevem completamente     a situação de superposição do elétron (ou ‘estado do elétron‘)… Se colocarmos a bola de gude no buraco 0…p. exemplo, sabemos que nada do que fizermos no buraco 1 afetará a bola de gude.

É neste ponto que a condição do elétron é diferente. — Num estado de superposição das 2 posições  –  o elétron é afetado pelo que se faz nos 2 pontos quânticos … Suas  propriedades mensuráveis se alteram, de acordo com aquilo que se faz com os 2 conjuntos de eletrodos  –  aqueles que controlam o ponto 0… e os do ponto 1.

Isto porque o elétron é … “quanticamente” descrito por ‘amplitudes de probabilidade’, e estas são afetadas por manipulações dos eletrodos em cada ponto.

Inexplicavelmente, se for aferida a posição depois da criação da superposição, o elétron será encontrado em um dos pontos – e, daí para a frente… passará a ser influenciado só pelos eletrodos desse ponto. – Em outras palavras… ao medirmos a posição do elétron, destruímos a superposição – e, daí em diante, o elétron volta a ser como a bola de gude, com sua posição estável.

Essa fragilidade dos ‘estados quânticos’ — com efeito — é uma questão fundamental para a confiabilidade dos computadores quânticos do futuro. Uma das principais razões para isso é que os sistemas quânticos — os qubits aí incluídos — podem ser alterados por ruídos eletromagnéticos mínimos…Construí-los, portanto…provou ser um grande desafio, pois a propriedade que lhes garante efetuar cálculos simultâneos é fruto dessa delicada condição de ‘sobreposição de estados‘.

Para que a computação quântica atinja seu máximo potencial, é pois…necessário preservar o “estado quântico puro nos sistemas quânticos… tornando os qubits imunes à influência do meio ambiente. Este é, aliás, o grande gargalo de estudo nesta área; chamado de ruído ou “mistura estatística“…termo cunhado para descrever a ausência desseestado puro’Como diz Miled Hassan Youssef Moussa … professor do Instituto de Física da IFSC-USP:

“O meio ambiente – necessariamente – conduz o estado puro do           sistema quântico à uma mistura estatística (caótica) de estados”.  

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[Imagem: Irfan Siddiqi/ UC-Berkeley]

‘Trajetória das partículas quânticas  A definição entre a vida e a morte do Gato de Schrodinger não é instantânea – ainda que não seja tão suave e contínua, quanto um evento clássico. 

Se você joga uma bola para outra pessoa — a bola seguirá sua rota de forma contínua e direta… Mas, se a bola for pequena demais, um átomo ou uma molécula…por exemplo, ela obedecerá às leis da mecânica quântica, e não da mecânica clássica – o que tornará as coisas um pouco mais complicadas.

Partículas quânticas podem existir em uma ‘sobreposição de estados’ – como estarem em dois lugares ao mesmo tempo, só “escolhendo” um deles quando se tenta medir onde elas realmente estão. Assim, parecia impossível estabelecer uma trajetória contínua para uma partícula quântica… – só podendo localizar pontos bem discretos de sua rota…ou lá ou cá.

O exemplo mais conhecido desse fenômeno é o famoso experimento mental conhecido como Gato de Schrodinger, em que um gato é posto em uma caixa…onde um frasco de veneno pode ser aberto pelo estado de uma partícula quântica. – O gato estaria em um estado de superposição, vivo e morto ao mesmo tempo… já que sua condição definitiva       só se determinaria quando a caixa fosse aberta… – o que equivale a fazer uma medição     da partícula quântica.

Mas agora, uma equipe de físicos das universidades de Rochester, Berkeley e Washington, todas nos EUA demonstrou que não é bem assim… – estabelecendo um caminho provável entre a vida e a morte do gato… O evento não seria instantâneo, com o gato seguindo uma rota contínua de sua vida até sua morte… – o gato morre suavemente… – por assim dizer.

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Os dados mostram o caminho “mais provável” (em vermelho) entre estados quânticos iniciais e finais (pontos pretos). As medições são mostradas em uma representação conhecida como esfera de Bloch. [Areeya Chantasri]

Conforme um estado quântico colapsa, saindo de uma superposição, e assumindo um estado clássico… ou, até uma superposição diferente, ele segue um caminho…conhecido como uma ‘trajetória quântica’.

Para cada estado origem, e estado final, há um caminho “mais provável” ótimo. O problema é que é complicado prever esse caminho … – ou mesmo rastreá-lo experimentalmente.

Para conseguir isso — a equipe criou um qubit supercondutor com propriedades de coerência muito precisas… Esse tipo de sistema quântico é chamado de “átomo artificial“… podendo ele permanecer em uma “superposição quântica” durante um monitoramento contínuo.

O experimento tirou proveito do fato de que…  —  qualquer medição perturba um sistema quântico…exceto as chamadas medições fracas. Isto torna possível traçar o caminho ideal da partícula…efetuando medições contínuas, ou seja, forçando-a a passar, continuamente, de um estado quântico para outro. Como explicou Andrew Jordan, pesquisador da equipe:

“O experimento mostra que, para qualquer escolha de estado quântico final, o ‘caminho ideal’ mais provável em um determinado momento pode ser encontrado e previsto. Isto confirma a teoria… — e abre caminho para novas técnicas de controle quântico ativas.”

Controle quântico das reações químicas                                                                             Os químicos controlam o campo quântico com o laser, e                                                            esse campo controla a dinâmica de uma reação química”.

Kater Murch, coautor do estudo, ressalta que esse “controle quântico ativo” é de especial interesse para os químicos, já que estes, nos últimos 20 anos desenvolveram uma técnica chamada “controle quântico“… na qual pulsos de laser são usados para dirigir reações químicas – ou seja… conduzi-las entre 2 estados quânticos. E ainda confidenciou o físico:

“Eventualmente, seremos capazes de controlar a dinâmica das reações químicas com lasers – em vez de apenas misturar um reagente (1) com     um reagente (2)… – e deixar a reação evoluir por conta própria”.

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O qubit supercondutor usado no experimento – um átomo artificial – é mantido a uma temperatura de 7 milliKelvin. Com o ruído termal suprimido a esse nível, o dispositivo entra naquilo que os físicos chamam de “espaço quântico”. [Imagem: Joe Angeles/WUSTL]

Interpretação de Copenhague

O resultado também tem impacto sobre a “computação quântica“…desafiando a interpretação clássica da teoria…também conhecida, interpretação de Copenhague, que estabelece a “passagem instantânea” entre os estados clássico e quântico.

Mas, o monitoramento em tempo real de um ‘sistema quântico’ mostra, que este é um processo contínuo … e que podemos, constantemente, extrair informações do sistema conforme ele “passa de estado”; detalhe aliás que nunca foi considerado acessível, pelos fundadores originais da teoria quântica.

‘Computador pessoal’ # ‘Superposição Quântica’ # ‘acoplamento de átomos à laser’  ‘1º cálculo de programa quântico’  ‘estado-quantico-puro’ ‘trajetoria-particulas-quanticas’ *********************************************************************************  Qubits positivos – Os spins das lacunas, quando comparados aos spins dos elétrons, permitem guardar dados no mesmo estado físico por um tempo 10 vezes maior.  —  Ao contrário dos spins dos elétrons, spins de cargas positivas não interagem com spins do núcleo, o que os torna muito mais estáveis. ‘qubit-positivo’  (18/03/2013) ***********************************************************************************   Qubits codificados no tempo – Apesar das estranhezas da mecânica quântica, é fácil ver que o qubit está implementado em um sistema físico real – um cristal, uma nuvem de átomos de rubídio, uma vacância de nitrogênio no diamante etc. Nos fótons, por exemplo, a informação pode ser codificada na polarização, no momento angular…ou em outro grau de liberdade da luz… Assim, os qubits podem vir em vários “sabores” – eles podem ser de estado sólido, nuvens de átomos superfrios, defeitos no interior de diamantes…ou fótons. Mas, as possibilidades não estão esgotadas… A mais nova adição ao arsenal à disposição dos projetistas de computadores quânticos é o ‘qubits-codificado-no-tempo’ (out/2013) **********************(texto complementar)***************************************

Simulando um futuro quântico 

No mundo virtual do filme Matrix, não há realmente… cidades, e nem prédios, que, assim como as colheres e os gatos, são bits … no “processamento” de um programa de simulação, rodando num computador ‘incrivelmente‘ poderoso.

A vida não acontece numa ‘realidade’ tipo Modelo Padrão da física clássica, mas sim…virtualmente…na memória desse supercomputador.

Talvez soe como disparate para alguns — mas o fato é que muito das nossas vidas atuais já acontece apenas no mundo virtual, na forma de bits: as músicas que ouvimos, as fotos que olhamos, as mensagens que trocamos não existem mais em discos, porta-retratos e papéis. Tudo se reduz a uma fileira de bits armazenada em uma “nuvem computacional” — cuja localização é incerta… — e, embora não gostemos muito disso… essencialmente volátil.

Assim, simular um mundo virtual do tipo Matrix não deve mais soar tão estranho quanto o seria há alguns anos – por exemplo…hoje já existem esforços no sentido de simular a Terra inteira, embora sem os meandros das vidas pessoais.

O conceito não é difícil de entender… — O que é fundamental numa simulação do tipo Matrix é a criação de um programa que contenha, e seja capaz de simular todas leis da física, de forma a recriar um mundo como o que os nossos sentidos experimentam…E,   para isso, será então necessário criar interfaces que possam transferir informações de todos nossos sentidos para o computador, e vice-versa.

É claro que é tudo especulativo, em termos de realização prática…             mas, não em termos de verificação matemática das possibilidades.

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Modelo do simulador quântico de processos estocásticos projetado pelos pesquisadores. [Nature]

E… é exatamente isso o que estão fazendo Mile Gu, Elisabeth Rieper e Vlatko Vedral, da Universidade Nacional de Cingapura… e Karoline Wiesner … (Bristol University).

Embora ‘simuladores computacionais’ já sejam essenciais na pesquisa científica… no desenvolvimento de novos produtos e materiais e até para lidar com o mercado financeiro, sabe-se que os computadores clássicos, não são páreo para simulações da vida real.

Para isso, os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira pela qual os computadores baseados na física quântica poderão superar o desempenho dos computadores clássicos – sim, porque, se ainda não conseguimos fazer programas para computadores comuns, sem erros… — nem mesmo sabemos como ou quem irá programar os computadores quânticos.

O trabalho agora divulgado implica que uma simulação da realidade do tipo Matrix exigiria menos memória de um computador quântico do que,   de um computador clássico… – Mas, o melhor está por vir…

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Os simuladores quânticos já estão se aproximando do uso prático – aqui estão ilustrados 3 tipos deles. [Riken Research]

Os resultados deixam uma enorme lacuna, mostrando a possibilidade…de uma teoria mais básica e geral… que a teoria quântica.

E a pesquisa tem ainda outro aspecto para mexer com a imaginação…essa descoberta emerge da ‘consideração fundamental‘ de quanta informação é exigida…na predição  do futuro.

Com um pouco de imaginação, é possível dizer que … numa simulação quântica da realidade – do tipo Matrix…parece haver espaço para algum “Escolhido” entrar na simulação e atuar de modo mais eficiente.

Mas, para isso… é preciso seguir os passos do Arquiteto,                                                             e tentar descobrir a maneira como ele projetou o mundo.

Processos estocásticos

O grupo de cientistas analisou a simulação de ‘processos estocásticos’, onde existem vários resultados possíveis para uma certa conduta, cada qual com uma probabilidade calculável. Muitos fenômenos… de movimentos do mercado de ações – até difusão de gases … podem ser modelados como processos estocásticos. Os detalhes de como simular esses processos, são a chave da questão.

A quantidade mínima de informação necessária para simular determinado processo estocástico…é importante tema de estudo no campo da ‘teoria da complexidade‘… — sendo conhecido como “complexidade estatística“.

Os pesquisadores sabem como calcular a quantidade de informações inerentemente transferidas em qualquer processo estocástico. – Teoricamente, isso define a menor quantidade de informação necessária para simular o processo. Na realidade, porém, simulações clássicas de processos estocásticos, pedem mais armazenamento do que     esses cálculos indicam.

simulador-quantico

No simulador quântico aberto, um íon interage com o sistema quântico e, ao mesmo tempo, estabelece um contato controlado com o ambiente. [Harald Ritsch]

Além da física quântica

O que o grupo agora demonstrou…é que os ‘simuladores quânticos precisam armazenar bem menos informação — do que os clássicos… — e…mesmo os ideais.

Isto porque, as ‘simulações quânticas‘ podem codificar informações sobre as probabilidades em uma ‘superposição’, onde um bit quântico de informação… representa mais … que um bit clássico.

Mas, então veio a surpresa…Os cálculos revelaram que as ‘simulações quânticas’ ainda não são tão eficientes… — quanto poderiam ser… – elas ainda necessitam armazenar mais informações do que o processo parece precisar… – Isto então, sugere que a teoria quântica pode ainda não estar tão “otimizada”… — como assim comentou Vedral:

“O que é fascinante para nós é que ainda há lacunas… Isso faz                           pensar na possibilidade de uma teoria além da física quântica.”

Então…se for assim… – antes de pensar em programar um computador quântico para criar sua própria Matrix, será necessário descobrir essas leis mais fundas da natureza, para que então elas possam ser simuladas num computador…e dê o senso de realidade esperado… Afinal, se não forem compreendidos todos meandros da realidade — não se pode candidatar a Arquiteto. (texto base)  (31/03/2012) **********************************************************************************

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O chip de 4 qubits foi capaz de simular um dos eventos mais intrigantes da mecânica quântica, quando partículas e antipartículas emergem virtualmente “do nada” – do chamado vácuo quântico.[IQOQI/Harald Ritsch]

Simulador quântico vira realidade

Estamos ainda muito longe de compreender totalmente… as partículas elementares — os átomos, e seus constituintes — porque estes se comportam segundo as leis da ‘mecânica quântica’… apresentando comportamentos probabilísticos muito difíceis de monitorar.

Se não dá para monitorar ao vivo…a saída é simulá-las em computador. Contudo, como as partículas não obedecem às leis da ‘física clássica’  –  simular seu comportamento em um computador clássico é tarefa impossível.

A saída então… é construir ‘simuladores quânticos‘, para rodar em computadores quânticos, capazes de reproduzir qualquer comportamento de partículas subatômicas, pois seus componentes básicos funcionam com base no mesmo princípio. A ideia é ótima, e físicos vêm trabalhando nela há algum tempo, aperfeiçoando experimentos… e, passo a passo… aproximando-se de um simulador quântico prático.

Matéria e antimatéria surgem do vácuo

Agora, a primeira simulação de um evento quântico real utilizando um simulador quântico foi executada. – Sua construção, e uso prático foi anunciada por Esteban Martinez… e uma equipe de físicos da Universidade de Innsbruck/Áustria… — em um experimento inédito, e histórico…  —  A simulação mostrou como pares de partículas e antipartículas emergem do vácuo quântico…usando para isso, um processador quântico básico – com apenas 4 qubits.

Como disse a pesquisadora Christine Muschik … “Nós desenvolvemos agora um novo conceito que nos permite simular num computador quântico a criação espontânea de pares elétron-pósitron a partir do vácuo” … (pósitrons são a antimatéria do elétron).

O processador quântico é composto por 4 íons de cálcio presos eletromagneticamente… e controlados por pulsos de laser. Cada par de íons é formado de partícula/antipartícula. E, como explicou Martinez:

“Usamos pulsos de laser ao simular o campo eletromagnético do vácuo… assim pudemos observar os pares criados pela ‘flutuação quântica’ de energia do campo… Observando a fluorescência do íon, sabemos se partículas e antipartículas foram criadas. Modificamos os parâmetros do sistema quântico – e estudamos então o processo dinâmico da criação do par”.

Isto confirma grande parte das expectativas quanto aos simuladores quânticos. Muito embora computadores quânticos vão exigir muitos mais qubits – mesmo os primeiros processadores que já estão sendo construídos…serão, de fato, extremamente úteis nas pesquisas fundamentais da física. Afinal, um sistema simples com apenas 4 bits, já foi capaz de simular um dos eventos mais intrigantes da mecânica quântica…partículas e antipartículas fugazes emergindo virtualmente “do nada” do chamado vácuo quântico.

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As partículas (elétrons) e antipartículas (pósitrons) são “sentidas” pelos 4 qubits do simulador, que denunciam sua presença por meio de variações no feixe de laser. [Imagem: Esteban A. Martinez et al.]

Esta demonstração também estabelece uma ponte entre 2 campos da física — um teste     de ‘física atômica‘ foi utilizado…para estudar questões da ‘física de alta energia‘.

Enquanto milhares de físicos trabalham nas teorias de alta complexidade do ‘Modelo Padrão’ e os experimentos propostos são executados em laboratórios grandes e caros,     como o LHC, simulações quânticas podem ser realizadas em laboratórios pequenos –     em experimentos de mesa… E, assim complementou o professor Peter Zoller, um dos pioneiros no campo dos simuladores quânticos:

“Estas 2 abordagens se complementam perfeitamente… — Não podemos substituir os experimentos que são feitos com aceleradores de partículas. Contudo, com o desenvolvimento dos simuladores quânticos poderemos     ser capazes de compreender… — no futuro… melhor essas experiências”.

“Além disso…estudamos novos processos utilizando a simulação quântica… Por exemplo, em nosso experimento também investigamos o entrelaçamento de partículas produzidas durante a criação do par, o que não é possível num acelerador de partículas”completou seu colega Rainer Blatt. 

A equipe diz estar convencida de que os futuros simuladores quânticos, maiores e mais poderosos serão capazes de resolver questões importantes na física de alta energia, que não podem ser resolvidas por métodos convencionais… ou, simplesmente, construindo aceleradores e colisores ainda maiores. ********* (texto base) *****(24/06/2016)***** *********************************************************************************

Simulador quântico mais rápido do mundo

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O simulador quântico fez em um bilionésimo de segundo algo que o supercomputador mais rápido não conseguirá fazer nem com todo o tempo do mundo.[Imagem: NINS/IMS]

Uma equipe do Japão e da Alemanha desenvolveu o simulador quântico mais rápido do mundo…capaz de simular a dinâmica de um grande número de átomos interagindo uns com os outros em intervalos de um bilionésimo de segundo.

Grupos de partículas interagentes são chamados “sistemas fortemente correlacionados”. Compreender as propriedades desses sistemas é um dos maiores desafios atuais, já que     a dinâmica de muitos elétrons…ou outras partículas quânticas, interagindo uns com os outros governa uma variedade de importantes fenômenos físicos e químicos, incluindo       a ‘supercondutividade’, o ‘magnetismo’, e as ‘reações químicas’.

No entanto, é extremamente difícil prever as propriedades de um desses sistemas, mesmo usando os supercomputadores mais rápidos já construídos, ou projetados.           O supercomputador ‘Post-K’, por exemplo, que está sendo construído no Japão…e           deverá ficar pronto em 2020, não conseguirá calcular exatamente, nem mesmo a energia… — propriedade mais básica da matéria — quando o nº de partículas no     sistema for superior a 30.

Simulador quântico

Um conceito alternativo… ao uso de computadores clássicos envolve um “simulador quântico” no qual as partículas como átomos ou elétrons, são montadas em um sistema, cujas propriedades são ‘controláveis‘ — e triviais… tais como um condensado de “Bose-Einstein”… ou um “átomo de Rydberg“.

Este sistema é, então… – usado para simular as ‘propriedades’ do sistema fortemente correlacionado que se pretende estudar, cujas propriedades são desconhecidas.

Nobuyuki Takei e seus colegas montaram a partir daí, um simulador quântico capaz de replicar a dinâmica de um sistema fortemente correlacionado de mais de 40 átomos em apenas 1 bilionésimo de segundo – algo que o supercomputador ‘Post-K’ quando estiver pronto, não conseguirá fazer nem “com todo o tempo do mundo”…

A construção desse simulador foi possível usando uma nova abordagem na qual um pulso ultracurto de laser – cada pulso dura apenas 100 bilionésimos de segundo…é usado para controlar um conjunto muito denso de átomos  —  resfriados a uma temperatura próxima do zero absoluto. – Como prova de conceito a equipe simulou o movimento em conjuntos de elétrons, alterando a força das interações entre seus átomos. Como primeira aplicação prática, eles pretendem estudar como os elétrons interagem entre si … para dar origem à supercondutividade.(texto base) p/consulta: Simulador quântico permite pilotar átomos

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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