O melhor dos dois mundos: combinação de sistemas clássicos e quânticos para atender às demandas de supercomputação

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Este estudo mostra como o emaranhamento quântico exibe uma enorme diferença de energia entre seus estados, ao contrário dos do hidrogênio molecular, prometendo processamento ultrarrápido da ordem de 106 qubits e teletransporte de átomos (H1H4). Crédito: Takahiro Matsumoto da NCU, Japão

O emaranhamento quântico é um dos fenômenos mais fundamentais e intrigantes da natureza. Pesquisas recentes sobre emaranhamento provaram ser um recurso valioso para comunicação quântica e processamento de informações. Agora, cientistas do Japão descobriram um estado quântico emaranhado estável de dois prótons em uma superfície de silício, abrindo portas para uma união orgânica de plataformas de computação quântica e clássica e potencialmente fortalecendo o futuro da tecnologia quântica.

Recentemente, uma equipe de cientistas no Japão, incluindo o Prof. Takahiro Matsumoto da Universidade da Cidade de Nagoya, o Prof. Hidehiko Sugimoto da Universidade de Chuo, o Dr. Takashi Ohhara da Agência de Energia Atômica do Japão e o Dr. Susumu Ikeda da Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia, reconheceu a necessidade de qubits estáveis. Ao observar os estados de spin da superfície, os cientistas descobriram um par de prótons emaranhados na superfície de um nanocristal de silício.

O professor Matsumoto, o cientista líder, descreve a importância de seu estudo: "O emaranhamento de prótons foi observado anteriormente no hidrogênio molecular e desempenha um papel importante em uma variedade de disciplinas científicas. No entanto, o estado de emaranhamento foi encontrado apenas nas fases gasosa ou líquida . Agora, detectamos o emaranhamento quântico em uma superfície sólida, que pode estabelecer as bases para futuras tecnologias quânticas". O estudo pioneiro foi publicado em uma edição recente da Physical Review B .

Os cientistas estudaram os estados de spin usando uma técnica conhecida como "espectroscopia de espalhamento de nêutrons inelástica" para determinar a natureza das vibrações da superfície. Modelando esses átomos de superfície como "osciladores harmônicos", eles mostraram anti-simetria de prótons. Como os prótons eram idênticos (ou indistinguíveis), o modelo do oscilador restringia seus possíveis estados de spin, resultando em um forte emaranhamento. Comparado ao emaranhamento de prótons no hidrogênio molecular, o emaranhamento abrigava uma enorme diferença de energia entre seus estados, garantindo sua longevidade e estabilidade. Além disso, os cientistas teoricamente demonstraram uma transição em cascata de pares de fótons emaranhados em terahertz usando o emaranhamento de prótons.

A confluência de qubits de prótons com a tecnologia contemporânea de silício pode resultar em uma união orgânica de plataformas de computação quântica e clássica, permitindo um número muito maior de qubits (10 6 ) do que atualmente disponível (10 2 ) e processamento ultrarrápido para novos aplicativos de supercomputação. "Os computadores quânticos podem lidar com problemas intrincados, como fatoração de inteiros e o 'problema do caixeiro viajante', que são virtualmente impossíveis de resolver com supercomputadores tradicionais. Isso pode ser uma virada de jogo na computação quântica no que diz respeito ao armazenamento, processamento e transferência de dados , potencialmente levando a uma mudança de paradigma em produtos farmacêuticos, segurança de dados e muitas outras áreas ", conclui o otimista Prof. Matsumoto.

Podemos estar prestes a testemunhar uma revolução tecnológica na computação quântica.

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Como usar o emaranhamento para comunicação quântica de longa distância ou espaço livre

Informações do periódico: Revisão Física B

Mais informações: Takahiro Matsumoto et al, Quantum próton emaranhado em uma superfície de silício nanocristalino, Physical Review B (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevB.103.245401

Fornecido por Nagoya City University

Fonte: Phys News /  pela Universidade da Cidade de Nagoya  / 12-08-2021      

https://phys.org/news/2021-08-worlds-combining-classical-quantum-supercomputing.html

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia). Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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