Dentro brevemente
- Cientistas da Purdue University desenvolveram uma maneira de teletransportar e armazenar energia quântica de um ambiente quase vazio, abrindo novas possibilidades para a computação quântica.
- O protocolo QET aprimorado usa um qubit adicional para armazenar a energia transmitida pelas chamadas, superando as limitações anteriores onde a energia era perdida em dispositivos mais antigos.
- Embora tenha sido testado com sucesso em computadores quânticos, são necessários testes mais específicos utilizando sistemas do mundo real, como átomos de carbono, para confirmar a sua aplicação prática.
Os cientistas relatam que deram um passo em frente na utilização da energia quântica, criando uma forma de teletransportar energia do que parece ser nada e armazená-la para uso posterior.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade Purdue disse que a técnica poderia ajudar a alimentar futuros computadores quânticos, acrescentando que testaram a nova técnica usando computadores quânticos supercondutores da IBM, conforme relatado na New Scientist e uma pré-impressão publicada no arXiv.
Protocolo de teletransporte de energia quântica
A física quântica revela que o espaço, mesmo sem átomos, nunca está completamente vazio. O que pode parecer um vácuo ainda contém pequenas flutuações nos campos quânticos, muitas vezes chamados de energia do ponto zero. Esses flashes de energia podem ser coletados usando o teletransporte de energia quântica (QET), um conceito proposto por Masahiro Hotta em 2008. No entanto, uma limitação contínua do protocolo QET era que a energia, uma vez teletransportada, não podia ser armazenada e era perdida em dispositivos antigos. .
Saber Kais, diretor do Centro de Tecnologia Quântica e Distinto Professor de Química, e sua equipe em Purdue, abordaram esse problema instalando um registro quântico para armazenar energia teletransportada.
Os protocolos QET envolvem a liberação de energia no que os cientistas chamam de “estado de quase vácuo”. Um vácuo real é frequentemente considerado completamente vazio, mas na mecânica quântica, um vácuo contém energia de ponto zero. Esta energia, embora seja a energia mais baixa possível num sistema quântico, pode ser utilizada por emaranhamento – um fenómeno em que as partículas quânticas permanecem associadas, independentemente da distância entre elas.
O protocolo original de Hotta depende de qubits emaranhados, os blocos de construção dos computadores quânticos, para enviar energia de teletransporte entre dois locais. Usamos nossos confiáveis cientistas quânticos Alice e Bob em um cenário QET típico: Alice mede seu qubit, o que afeta seu estado de energia, e transmite essa informação para Bob, que pode extrair energia de seu qubit preso. A energia disponível nesses casos é pequena e frágil e tende a voltar ao lugar antes de poder ser usada.
A solução de Kais e sua equipe inclui um terceiro qubit, que atua como uma unidade de armazenamento de energia.
“Esta era a nossa intenção, preservá-lo para uso futuro”, disse Songbo Xie, um dos pesquisadores envolvidos, conforme relatado. Jovem Cientista. Ao usar esse qubit extra para armazenar a energia teletransportada, a equipe garante que a energia não seja perdida e possa ser acessada posteriormente.
Validação de teste
Para testar o protocolo QET aprimorado, os pesquisadores usaram computadores quânticos supercondutores da IBM para simular e manipular a transferência de energia. Os resultados alinharam-se com suas previsões teóricas, fornecendo evidências de que o protocolo é viável. Os experimentos foram realizados em hardware quântico em vez de simuladores clássicos, aproximando o trabalho teórico da realização prática. Segundo os pesquisadores, a adição do terceiro qubit armazenou com sucesso a energia emitida, superando as limitações dos protocolos QET anteriores.
Embora os resultados sejam promissores, Eduardo Martín-Martínez, da Universidade de Waterloo, que esteve envolvido na experiência QET anterior, sublinhou a necessidade de experiências mais detalhadas. Ele sugere o uso de sistemas físicos, como átomos de carbono, como próximo passo, já que as implementações atuais são mais simulações do que realizações experimentais reais.
Implicações da computação quântica e aplicações futuras
A capacidade de teletransportar e armazenar energia poderá abrir novas possibilidades para a tecnologia quântica, incluindo aplicações em computação quântica.
“Essa tecnologia de armazenamento de energia teletransportada será importante no futuro, pois a energia armazenada pode ser usada para outras funções quânticas em computadores quânticos e outros dispositivos”, disse Hotta à New Scientist.
Na computação quântica, o gerenciamento de energia é um desafio crítico. A capacidade de extrair e armazenar energia no estado de vácuo introduz novas formas de gerenciamento de energia em circuitos quânticos. Kais, que também é químico, prevê usar essa energia armazenada para iniciar reações químicas controladas.
Desafios e Trabalho Futuro
Apesar da demonstração bem-sucedida, vários desafios permanecem antes que o protocolo possa ser amplamente adotado. A energia extraída é pequena e frágil, exigindo uma gestão cuidadosa e um maior refinamento dos métodos de armazenamento. O experimento atual também contou com simulações de computador quântico, que fornecem um nível de resultados que não está disponível em aplicações físicas.
Martín-Martínez destacou que o uso de sistemas do mundo real, como átomos de carbono, poderia fornecer um teste concreto do protocolo. Passar de simulações para sistemas físicos reais fornecerá a evidência direta necessária para estabelecer o desempenho do protocolo além dos ambientes assumidos e simulados.
Além disso, dimensionar o protocolo para operar com quantidades muito significativas de energia ou em grandes sistemas exigirá mais inovação na gestão de energia quântica. Os próximos passos, segundo os pesquisadores, envolvem a aplicação do protocolo a outras plataformas quânticas, como sistemas de ressonância magnética nuclear (NMR), para verificar ainda mais sua viabilidade e funcionalidade.
Manas Sajjan, bolsista de pós-doutorado da Purdue University, também trabalhou com Xie e Kais no estudo.
O Office of Science através do Quantum Science Center (QSC), o National Center for Quantum Science Research e o Departamento de Energia dos EUA (DOE) (Escritório de Ciências Básicas de Energia) ajudaram a financiar este projeto.
