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Cientistas da Swinburne University of Technology na Austrália e da Jagiellonian University na Polônia propuseram usar cristais de tempo como um componente central de um computador quântico. papel pré-impressoos cientistas propõem usar cristais de tempo como um tipo de circuito para evitar que os componentes quânticos dentro do computador interfiram uns com os outros e causem erros. Embora mais pesquisas sejam necessárias para verificar a viabilidade da ideia, ela pode ter implicações significativas para o futuro da tecnologia quântica.
O que são Cristais do Tempo?
O conceito de um cristal de tempo foi proposto pela primeira vez por volta do meados da década de 2010. A ideia é que, assim como um cristal tem uma estrutura repetida no espaço (com múltiplas faces e lados), um cristal de tempo tem uma estrutura repetida no tempo. Embora seja difícil de entender, o cristal de tempo pode ser comparado a uma máquina de movimento perpétuo, onde partículas ou átomos arranjos transformam-se repetidamente ao longo de segmentos de tempo repetidos em um trem interminável de partículas.
Embora o cristal do tempo tenha começado como um conceito teórico, agora ele foi construído usando lasers de alta potência e átomos ultrafrios. O laser pode produzir padrões discretos de luz em intervalos de tempo específicos, fazendo com que as partículas sejam excitadas ou alterem estados quânticos repetidamente.
Devido aos seus padrões de tempo discretos, os físicos acreditam que os cristais de tempo podem ajudar a isolar bits quânticos individuais ou “qubits” que compõem as unidades de processamento de um computador quântico.
O que são computadores quânticos?
Os computadores quânticos utilizam fenômenos mecânicos quânticos, como superposição e emaranhamento, para resolver problemas complexos que um computador tradicional ou clássico é incapaz de resolver. Seu poder vem de sua capacidade de transformar e mudar os qubits dentro deles, que podem ser átomos individuais, partículas de luz de fótons, íons ou outras partículas. Empresas como Google, IBM e Quantinuum, junto com muitas startups menores, cada uma usa átomos diferentes como qubits dentro de seus sistemas, mostrando os muitos tipos de computadores quânticos.
Um dos desafios na criação de um ambiente de trabalho tanto quanto um computador é a fragilidade dos qubits. Os qubits podem se tornar suscetíveis a ruídos ambientais ou externos, fazendo com que eles alterem estados quânticos ou se desvencilhem de outros qubits em um processo conhecido como decoerência. Os qubits dentro de um computador quântico também podem interferir uns com os outros, o que torna a ampliação de computadores quânticos de apenas alguns qubits para algumas centenas de qubits um grande desafio. Não apenas mais qubits interferirão uns com os outros, mas eles podem aumentar o ruído ambiental que pode afetar todo o sistema.
Enquanto cientistas e engenheiros trabalham para superar esses desafios, os cristais de tempo podem ser uma possível via a ser explorada como solução para esses problemas.
Combinando Tempo e Quantum
Neste novo artigo de pré-impressão, os cientistas propõem integrar cristais de tempo em um computador quântico como uma placa de circuito “time-tronic”. Nesta placa de circuito, os cristais de tempo poderiam regular o tempo de análise e informação se movendo através dos qubits, isolando-os uns dos outros e mitigando alguns dos erros potenciais que poderiam acontecer.
“Os elementos desses dispositivos podem corresponder a estruturas de dimensões superiores a três e podem ser arbitrariamente conectados e reconfigurados a qualquer momento”, escrevem os pesquisadores sobre o circuito temporônico em o papel delesEles acrescentam que essas placas de circuito podem ser usadas para outros dispositivos quânticos, sendo a computação quântica a aplicação mais proeminente.
Embora experimentos sejam necessários para validar a teoria dos pesquisadores, a equipe simulou o uso de um cristal de tempo para controlar um grupo de íons de potássio ultrafrios sendo direcionados por um pulso de laser, mostrando que o cristal de tempo poderia criar um ritmo constante para os íons se moverem.
Combinar computação quântica e cristais de tempo não é uma ideia nova. Físicos australianos simularam um cristal de tempo usando um computador quântico em 2022criando um com 57 partículas, o maior cristal de tempo até agora. Antes disso, a equipe de computação quântica do Google criou um 20 qubits cristal de tempo usando o computador quântico Sycamore do Google.
Embora computadores quânticos tenham sido usados anteriormente para criar cristais de tempo, o futuro da inovação da computação quântica pode depender da integração de cristais de tempo em computadores quânticos maiores e outros dispositivos.
Kenna Hughes-Castleberry é a Comunicadora Científica no JILA (um instituto de pesquisa de física líder mundial) e uma escritora científica no The Debrief. Siga e conecte-se com ela em X ou entre em contato com ela por e-mail em kenna@thedebrief.org
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