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Espera-se que a tecnologia quântica mude fundamentalmente muitas áreas-chave da sociedade. Os pesquisadores estão convencidos de que existem muito mais propriedades e aplicações quânticas úteis para explorar do que as que conhecemos hoje. Uma equipe de pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, desenvolveu um software de código aberto e disponível gratuitamente que abrirá caminho para novas descobertas no campo e acelerará significativamente a pesquisa quântica.
Dentro de algumas décadas, espera-se que a tecnologia quântica se torne uma tecnologia-chave em áreas como saúde, comunicação, defesa e energia. O poder e o potencial da tecnologia estão nas propriedades estranhas e muito especiais das partículas quânticas. De particular interesse para os pesquisadores da área são as propriedades supercondutoras das partículas quânticas que dão aos componentes condutividade perfeita com propriedades magnéticas únicas. Essas propriedades supercondutoras são consideradas convencionais hoje e já abriram caminho para tecnologias totalmente novas usadas em aplicações como equipamentos de ressonância magnética, trens maglev e componentes de computadores quânticos. No entanto, anos de pesquisa e desenvolvimento permanecem antes que um computador quântico resolva problemas reais de computação na prática, por exemplo. A comunidade de pesquisa está convencida de que há muito mais descobertas revolucionárias a serem feitas na tecnologia quântica do que as que conhecemos hoje.
Código-fonte aberto para explorar novas propriedades supercondutoras
A pesquisa básica em materiais quânticos é a base de toda a inovação da tecnologia quântica, desde o nascimento do transistor em 1947, passando pelo laser na década de 1960 até os computadores quânticos de hoje. No entanto, os experimentos em materiais quânticos geralmente exigem muitos recursos para serem desenvolvidos e conduzidos, levam muitos anos para serem preparados e, principalmente, produzem resultados difíceis de interpretar. Agora, no entanto, uma equipe de pesquisadores da Chalmers desenvolveu o software de código aberto SuperConga, que é gratuito para uso de todos e projetado especificamente para realizar simulações e análises avançadas de componentes quânticos. O programa opera em nível mesoscópico, o que significa que pode fazer simulações capazes de ‘captar’ as estranhas propriedades das partículas quânticas e também aplicá-las na prática. O código-fonte aberto é o primeiro desse tipo no mundo e espera-se que seja capaz de explorar propriedades supercondutoras completamente novas e, eventualmente, abrir caminho para computadores quânticos que podem usar computação avançada para enfrentar desafios sociais em várias áreas.
“Estamos especificamente interessados em supercondutores não convencionais, que são um enigma em termos de como eles funcionam e quais são suas propriedades. Sabemos que eles têm algumas propriedades desejáveis que permitem que a informação quântica seja protegida de interferências e flutuações. Interferência é o que atualmente nos limita de ter um computador quântico que possa ser usado na prática. E é aqui que a pesquisa básica em materiais quânticos é crucial se quisermos fazer algum progresso”, diz Mikael Fogelström, professor de física teórica na Chalmers.
Esses novos supercondutores continuam a ser materiais altamente enigmáticos – assim como seus irmãos convencionais eram quando foram descobertos em um laboratório há mais de cem anos. Após essa descoberta, levaria mais de 40 anos até que os pesquisadores pudessem descrevê-los em teoria. Os pesquisadores de Chalmers agora esperam que seu código-fonte aberto possa contribuir para descobertas e áreas de aplicação completamente novas.
“Queremos descobrir todas as outras propriedades interessantes dos supercondutores não convencionais. Nosso software é poderoso, educacional e fácil de usar, e esperamos que ajude a gerar um novo entendimento e sugerir aplicações totalmente novas para esses supercondutores inexplorados”, disse Patric Holmvall, pesquisador de pós-doutorado em física da matéria condensada na Universidade de Uppsala.
Desejo de facilitar a vida de pesquisadores e estudantes quânticos
Para poder explorar novas descobertas revolucionárias, são necessárias ferramentas que possam estudar e utilizar as propriedades quânticas extraordinárias no nível mínimo de partícula, e também podem ser ampliadas o suficiente para serem usadas na prática. Os pesquisadores precisam trabalhar em escala mesoscópica. Isso está na interface entre a escala microscópica, ou seja, o nível atômico no qual as propriedades quânticas das partículas ainda podem ser utilizadas, e a escala macroscópica que mede objetos cotidianos em nosso mundo que, ao contrário das partículas quânticas, estão sujeitos às leis da física clássica. Por conta da capacidade do software de trabalhar nesse nível mesoscópico, os pesquisadores de Chalmers esperam agora facilitar a vida de pesquisadores e estudantes que trabalham com física quântica.
“Modelos extremamente simplificados baseados na escala microscópica ou macroscópica são frequentemente usados atualmente. Isso significa que eles não conseguem identificar toda a física importante ou que não podem ser usados na prática. Com este software gratuito, queremos torná-lo mais fácil para outros acelerar e melhorar sua pesquisa quântica sem ter que reinventar a roda todas as vezes”, diz Tomas Löfwander, professor de física quântica aplicada em Chalmers.
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