O cristal do tempo mais complexo já criado dentro de um computador quântico

Um computador quântico criou um cristal do tempo mais complexo do que qualquer coisa já criada. Explorar as propriedades desta configuração quântica incomum fortalece o argumento de que os computadores quânticos são máquinas adequadas para descobertas científicas.

Enquanto um cristal típico tem átomos dispostos em um padrão específico de repetição no espaço, um cristal do tempo é definido por um padrão de repetição no tempo. Os cristais do tempo percorrem o mesmo conjunto de configurações repetidamente e devem continuar a circular indefinidamente, a menos que haja influências prejudiciais do meio ambiente.

Este movimento errático inicialmente fez com que os cristais do tempo parecessem uma ameaça às leis fundamentais da física, mas ao longo da última década, os investigadores criaram vários cristais em laboratório. agora, Nicola Lorente Pesquisadores do Centro Internacional de Física de Donostia, na Espanha, usaram um computador quântico supercondutor da IBM para criar um cristal de tempo de complexidade sem precedentes.

Embora a maioria das pesquisas anteriores se concentrasse em cristais de tempo unidimensionais, que podem ser comparados a fileiras ordenadas de átomos, os pesquisadores decidiram criar uma versão bidimensional. Para isso, eles usaram 144 qubits supercondutores dispostos em um padrão interligado, quase como um favo de mel. Cada qubit se comportou de forma semelhante a um spin da mecânica quântica, permitindo à equipe controlar como os qubits próximos interagiam.

Ao alterar essas interações ao longo do tempo, foram criados cristais de tempo, mas os pesquisadores também foram capazes de programar as interações para terem padrões de intensidade mais complexos do que experimentos anteriores de computação quântica com cristais de tempo.

Ser capaz de atingir este novo nível de complexidade não só permitiu à equipe criar cristais de tempo mais complexos do que qualquer coisa criada anteriormente com um computador quântico, mas também permitiu mapear as características de todo o sistema qubit para obter seu “diagrama de estado”. Completar um diagrama de fases é um passo importante na compreensão das propriedades de um material. Por exemplo, o diagrama de fases da água revela se a água é líquida, sólida ou gasosa a uma determinada temperatura e pressão.

jamie garcia A IBM diz que este experimento pode ser o primeiro de muitos passos que podem eventualmente levar a computadores quânticos que podem ajudar a projetar novos materiais com base em uma imagem completa de todas as propriedades que os sistemas quânticos podem ter, incluindo propriedades estranhas como cristais de tempo.

O modelo que os pesquisadores tentaram emular, cujo diagrama de fases inclui um cristal de tempo, já é complexo o suficiente para que os computadores convencionais não consigam simulá-lo sem aproximações. Ao mesmo tempo, todos os computadores quânticos existentes estão sujeitos a erros, pelo que os investigadores tiveram de utilizar métodos tradicionais para estimar as partes potencialmente não fiáveis ​​dos seus resultados quânticos. Alternar entre métodos clássicos aproximados e abordagens quânticas precisas, mas propensas a erros, poderia levar a uma melhor compreensão de muitos modelos quânticos complexos de materiais no futuro, disse Garcia.

“Simulações quânticas em grande escala, com mais de 100 qubits, devem ser um ponto de ancoragem para pesquisas futuras, já que simular numericamente sistemas bidimensionais é muito difícil na prática”, afirma. Biao Huang Na Universidade da Academia Chinesa de Ciências. Ele disse que o trabalho representa um avanço experimental emocionante em diversas áreas de pesquisa de materiais quânticos. Especificamente, Huang diz que isso poderia ajudar a conectar cristais de tempo, que podem ser simulados com computadores quânticos, a estados semelhantes que podem ser criados com alguns tipos de sensores quânticos.