Dentro brevemente
- Os pesquisadores usaram um processador quântico supercondutor de 31 qubits para investigar o transporte quântico, revelando novos insights sobre o fluxo de partículas e a dinâmica térmica em sistemas quânticos.
- O estudo, publicado em Comunicação Naturalmostrou como a diferença na magnetização entre grupos de qubit impulsiona giros contínuos, demonstrando a flexibilidade e precisão dos simuladores quânticos modernos na era NISQ.
- Usando modelos teóricos e métodos experimentais, a equipe observou como grandes sistemas quânticos exibem comportamento observável, fornecendo uma estrutura unificada para a compreensão de fenômenos quânticos de desequilíbrio.
- Imagem: Construído no Centro de Fabricação Micro-Nano da Universidade de Zhejiang, o processador quântico supercondutor de 31 qubits usado no estudo permite aos pesquisadores projetar diferentes tipos de transporte e controlar qubits individuais. (Nature Communications 15, 10115, 2024)
NOTÍCIAS – Pesquisadores de Cingapura e da China usaram um processador quântico supercondutor para estudar fenômenos de transporte quântico com detalhes sem precedentes.
Uma melhor compreensão do transporte quântico, que pode referir-se ao movimento de partículas, magnetismo, energia ou informação através de um canal quântico, pode impulsionar avanços em tecnologias como a nanoeletrónica e a gestão térmica.
“Estamos muito entusiasmados porque esta é, de fato, uma nova ideia para a realização de experimentos de transporte quântico”, disse Dario Poletti, bolsista do Centro de Tecnologias Quânticas (CQT), coautor do novo trabalho publicado em Comunicação Natural em 22 de novembro de 2024 pelo Professor Haohua Wang da Universidade de Zhejiang (ZJU) e pelo Professor Jie Hao do Instituto de Automação da Academia Chinesa de Ciências (CAS). Ele acrescentou: “Agora podemos obter informações que não conseguíamos antes com outras aplicações anteriores de transporte quântico”.
Dario, que também é professor associado e chefe de grupo da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD), e pesquisador do Laboratório Internacional de Pesquisa MajuLab, descobriu exemplos teóricos de transporte quântico com o Dr. lá atrás. ambos eram estudantes de doutorado na SUTD. Agora Xiansong é professor assistente na Universidade Normal de Sichuan, enquanto Chu Guo é professor assistente no Laboratório Chave de Informação Quântica e Criptografia de Henan. Eles testaram esses modelos com testadores da ZJU e CAS.
Experimentos realizados no processador quântico de 31 qubits do grupo ZJU examinaram como a corrente de spin/partícula flui entre dois grupos de qubits.
“O trabalho também demonstra a utilidade da simulação quântica durante o NISQ”, disse Pengfei Zhang, pós-doutorado na ZJU. Pengfei é o primeiro autor da publicação junto com Yu Gao, estudante de doutorado na ZJU, e Xiansong. NISQ refere-se a dispositivos quânticos de médio alcance com ruído.
Imagem composta
O transporte quântico ocorre quando há algum desequilíbrio ou desequilíbrio entre sistemas interligados. Por exemplo, uma diferença de temperatura resulta num fluxo de calor até que os sistemas sejam termalizados, enquanto uma diferença de tensão resulta numa corrente.
Os pesquisadores estudaram o transporte entre dois grupos de qubits com magnetizações diferentes. Em um grupo, ou banho, todos os qubits começaram a girar, enquanto no outro banho, metade dos qubits foi dobrada para baixo e a outra girada para cima, a medida do magnetismo zero. Os dois banhos são conectados por um ponto de contato: um elo fraco entre dois qubits, um de cada banho.
A ideia dos investigadores era utilizar conceitos da termalização quântica para explicar este transporte quântico. Eles consideraram as duas banheiras como um sistema composto que aqueceria com o tempo. Durante este longo processo, previram eles, ocorreriam novas migrações.
Xiansong diz: “Acredito que deveria haver uma imagem unificada da termalização e das flutuações da termalização. Mas tanto a descoberta teórica como a verificação numérica não são simples.”
Procurando transporte
No grupo experimental, a proposta teórica pareceu simples de implementar. Como eles têm um controle individual preciso sobre cada qubit em seus processadores quânticos, eles podem configurar diferentes banhos e realizar diferentes tipos de transporte. Experimentos anteriores com transporte quântico não tinham muita flexibilidade ou ajuste.
Os pesquisadores aprenderam que as diferenças nas localizações iniciais dos banhos e no número de qubits afetaram a escala e a intensidade da corrente.
As condições iniciais do banho podem diferir dependendo de quais peças na configuração meio-meio foram giradas para cima e quais foram giradas para baixo. Os pesquisadores prepararam os primeiros 60 estados selecionados aleatoriamente dos sistemas de 14, 17 e 31 qubits e mediram a corrente após 200 nanossegundos. A distribuição mostrou que a corrente converge para o mesmo valor à medida que o tamanho do sistema aumenta.
Dario diz: “Às vezes isso é chamado de 'estado normal'. “Tudo o que importa é a razão de polarização do spin, a quantidade macroscópica, não os detalhes dos qubits individuais ou como eles estão configurados.”
Os pesquisadores também testaram a estabilidade da corrente medindo as flutuações transitórias, que aparecem à medida que o spin flui para frente e para trás entre os banhos. Isso envolve 60.000 medições em intervalos de cinco nanossegundos, de 100 a 1.000 nanossegundos. Eles observaram que as flutuações tornaram-se menores em comparação com o sinal principal à medida que o tamanho do sistema aumentava, indicando o surgimento da física macroscópica esperada.
Pengfei diz: “Foi um desafio ajustar os parâmetros de controle e medir com precisão as flutuações temporais das partículas atuais em um grande sistema, mas superamos isso desenvolvendo um sistema de medição e um método para reduzir o erro.”
Os investigadores esperam aproveitar estes resultados e continuar a sua colaboração para explorar cenários de transporte ricos.
