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É fácil controlar a trajetória de uma bola de basquete: basta aplicar a força mecânica aliada à habilidade humana. Mas controlar o movimento de sistemas quânticos, como átomos e elétrons, é muito mais desafiador, pois esses minúsculos fragmentos de matéria geralmente são vítimas de perturbações que os desviam de seu caminho de maneiras imprevisíveis. O movimento dentro do sistema degrada – um processo chamado amortecimento – e o ruído dos efeitos ambientais, como a temperatura, também perturba sua trajetória.
Uma maneira de neutralizar o amortecimento e o ruído é aplicar pulsos estabilizadores de luz ou tensão de intensidade flutuante ao sistema quântico. Agora, pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, mostraram que podem usar inteligência artificial para descobrir esses pulsos de maneira otimizada para resfriar adequadamente um objeto micromecânico ao seu estado quântico e controlar seu movimento. Sua pesquisa foi publicada em novembro de 2022, na Pesquisa de revisão física como uma Carta.
Objetos micromecânicos, que são grandes em comparação com um átomo ou elétron, se comportam de maneira clássica quando mantidos em alta temperatura ou mesmo em temperatura ambiente. No entanto, se esses modos mecânicos puderem ser resfriados até seu estado de energia mais baixo, que os físicos chamam de estado fundamental, o comportamento quântico poderá ser realizado em tais sistemas. Esses tipos de modos mecânicos podem ser usados como sensores ultrassensíveis para força, deslocamento, aceleração gravitacional, etc., bem como para processamento e computação de informações quânticas.
“As tecnologias construídas a partir de sistemas quânticos oferecem imensas possibilidades”, disse o Dr. Bijita Sarma, principal autor do artigo e bolsista de pós-doutorado na OIST Quantum Machines Unit, no laboratório do professor Jason Twamley. “Mas, para nos beneficiar de sua promessa de design de sensor ultrapreciso, processamento de informações quânticas de alta velocidade e computação quântica, devemos aprender a projetar maneiras de obter resfriamento e controle rápidos desses sistemas”.
O método baseado em aprendizado de máquina que ela e seus colegas projetaram demonstra como controladores artificiais podem ser usados para descobrir sequências de pulso inteligentes não intuitivas que podem resfriar um objeto mecânico de temperaturas altas a ultrafrias mais rapidamente do que outros métodos padrão. Esses pulsos de controle são autodescobertos pelo agente de aprendizado de máquina. O trabalho mostra a utilidade da inteligência artificial da máquina no desenvolvimento de tecnologias quânticas.
A computação quântica tem o potencial de revolucionar o mundo ao permitir altas velocidades de computação e reformatar técnicas criptográficas. É por isso que muitos institutos de pesquisa e grandes empresas de tecnologia, como Google e IBM, estão investindo muitos recursos no desenvolvimento de tais tecnologias. Mas, para permitir isso, os pesquisadores devem obter controle total sobre a operação de tais sistemas quânticos em altíssima velocidade, para que os efeitos de ruído e amortecimento possam ser eliminados.
“Para estabilizar um sistema quântico, os pulsos de controle devem ser rápidos – e nossos controladores de inteligência artificial mostraram a promessa de alcançar tal feito”, disse Sarma. “Assim, nosso método proposto de controle quântico usando um controlador de IA pode fornecer um avanço no campo da computação quântica de alta velocidade e pode ser um primeiro passo para alcançar máquinas quânticas que são autônomas, semelhantes aos carros autônomos. . Esperamos que tais métodos atraiam muitos pesquisadores quânticos para futuros desenvolvimentos tecnológicos.”
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