Chip de computação quântica Helios-1
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Pesquisadores da empresa de computação quântica Quantinuum usaram o novo computador quântico Helios-1 para simular um modelo matemático que tem sido usado há anos para estudar a supercondutividade. Embora essas simulações não sejam impossíveis em computadores clássicos, esse avanço prepara o terreno para que os computadores quânticos se tornem ferramentas úteis na ciência dos materiais.
Os supercondutores conduzem eletricidade com eficiência perfeita, mas atualmente só funcionam em temperaturas muito baixas para uso prático. Os físicos têm tentado descobrir como ajustar a sua estrutura para fazê-la funcionar à temperatura ambiente há décadas, e muitos acreditam que a resposta vem de uma estrutura matemática chamada modelo Fermi-Hubbard. Este potencial torna este modelo um dos mais importantes em toda a física da matéria condensada, afirmam os investigadores do Quantinuum. secador henrik.
Os computadores tradicionais podem realizar simulações excepcionais do modelo Fermi-Hubbard, mas têm dificuldade com amostras muito grandes ou quando os materiais descritos mudam ao longo do tempo. Os computadores quânticos têm potencial para fazer coisas ainda melhores. Agora, Dreyer e seus colegas executaram a maior simulação já feita do modelo Fermi-Hubbard em um computador quântico.
Eles usaram o Helios 1 com 98 qubits feitos de íons de bário, cada um controlado por um laser e um campo eletromagnético. Para executar as simulações, os pesquisadores manipularam o qubit através de uma série de estados quânticos e leram a saída medindo suas propriedades. A simulação incluiu 36 partículas chamadas férmions. Essas partículas são exatamente o tipo de partículas que existem em supercondutores reais e são descritas matematicamente pelo modelo de Fermi-Hubbard.
Experimentos mostraram que, para que os supercondutores funcionem, os férmions devem formar pares, e que esse emparelhamento pode ser iniciado iluminando o material com um laser. A equipe da Quantinuum simulou esse cenário. Eles aplicaram pulsos de laser aos qubits e mediram os estados resultantes, procurando sinais de emparelhamento simulado de partículas. Embora esta simulação não fosse uma réplica exata do experimento, ela capturou o processo dinâmico. Isto tem sido difícil com métodos computacionais tradicionais quando aplicados a mais do que algumas partículas.
Dryer disse que o experimento não prova estritamente que o Helios 1 tem uma vantagem sobre qualquer método de computação convencional, mas dá à equipe a confiança de que os computadores quânticos podem competir considerando os métodos clássicos de simulação. “Com os métodos que tentamos, era impossível obter de forma confiável os mesmos resultados, o que levaria horas em um computador quântico, mas havia grandes pontos de interrogação no lado clássico das coisas”, diz ele. Em outras palavras, as estimativas clássicas de tempo de cálculo da equipe eram tão longas que era difícil determinar quando seriam comparáveis ao estudo do Helios.
Os íons presos atuam como qubits dentro do chip Helios-1
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Nenhum outro computador quântico tentou simular pares de férmions para alcançar a supercondutividade, mas os pesquisadores atribuem seu sucesso ao hardware do Helios. David HayesHelios, também da Quantinuum, disse que os qubits da Helios são extremamente confiáveis e excelentes no benchmarking de tarefas comuns em toda a indústria de computação quântica. Em testes preliminares, também conseguimos manter experimentos com qubits livres de erros, incluindo a conexão de 94 desses qubits especializados por meio de emaranhamento quântico. Este é um recorde em todos os computadores quânticos. O uso de tais qubits em simulações futuras poderia torná-los mais precisos.
Eduardo Ibarra Garcia Padilha Pesquisadores da Universidade Harvey Mudd, na Califórnia, dizem que os novos resultados são promissores, mas precisam ser cuidadosamente comparados com simulações computacionais clássicas de última geração. Ele diz que o modelo de Fermi-Hubbard tem sido de grande interesse para os físicos desde a década de 1960, por isso está entusiasmado por ter novas ferramentas para estudá-lo.
Ninguém sabe quando uma abordagem como a usada no Helios-1 se tornará um verdadeiro concorrente aos melhores computadores convencionais. Isso porque muitos mais detalhes precisam ser acertados, diz ele. Steve Branco Na Universidade da Califórnia, Irvine. Por exemplo, ele diz que há desafios para garantir que as simulações de computadores quânticos comecem com o conjunto certo de propriedades de qubit. Mas White diz que as simulações quânticas podem ser complementares às simulações clássicas, especialmente quando se trata do comportamento dinâmico ou mutável dos materiais.
“Eles estão se tornando uma ferramenta útil de simulação em matéria condensada (física)”, diz ele. “No entanto, eles ainda estão em seus estágios iniciais e ainda existem barreiras computacionais”.
referência: arXivDoi: 10.48550/arXiv.2511.02125
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