Tecnologias Quânticas: Simulador quântico mais rápido do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/11/2016

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]

Simulação quântica

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.

Conjuntos de partículas interagentes são conhecidos como "sistemas fortemente correlacionados". Compreender as propriedades desses sistemas é um dos objetivos centrais das ciências modernas porque 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 sistema desses mesmo usando os supercomputadores mais rápidos já construídos ou já 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, que é a propriedade mais básica da matéria, quando o número 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 conhecidas e controláveis - como um átomo artificial, 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 não são conhecidas.

Nobuyuki Takei e seus colegas montaram um simulador quântico capaz de simular a dinâmica de um sistema fortemente correlacionado de mais de 40 átomos em apenas um bilionésimo de segundo, algo que o supercomputador Post-K, quando estiver pronto, não conseguirá fazer nem "com todo o tempo do mundo".

Segredos da supercondutividade

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 de conjuntos de elétrons alterando a força das interações entre os átomos do simulador quântico. Como primeira aplicação prática, eles pretendem estudar como os elétrons interagem entre si para dar origem à supercondutividade.

• Simulador quântico permite pilotar átomos

Bibliografia:

Direct observation of ultrafast many-body electron dynamics in an ultracold Rydberg gas
Nobuyuki Takei, Christian Sommer, Claudiu Genes, Guido Pupillo, Haruka Goto, Kuniaki Koyasu, Hisashi Chiba, Matthias Weidemüller, Kenji Ohmori
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 13449
DOI: 10.1038/NCOMMS13449