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  1. Bit quântico pode ser configurado para guardar ou para processar dados Nanofios feitos de germânio e silício conectados por eletrodos conhecidos como portas lógicas (dourado). Tensões aplicadas às portas levam à formação de qubits de spin individuais (setas azuis e vermelhas) que podem ser manipulados por sinais de micro-ondas (pulso azul). Em um modo, o qubit é lento e a informação quântica é mais estável (spin azul). No outro, o qubit pode ser alterado rapidamente (spin vermelho). Armazenar ou processar Um novo tipo de qubit - o bit dos computadores quânticos - oferece uma vantagem até agora imbatível: Ele pode ser configurado eletricamente para assumir um de dois modos bem distintos de comportamento e operação. No primeiro modo, ele fica estável e armazena dados com confiabilidade; e, no segundo modo, ele fica pronto para efetuar cálculos muito rapidamente, trocando de valores em alta velocidade. A inovação tira proveito de modo criativo de uma das maiores dificuldades em lidar com os qubits: o fato de que eles são muito frágeis e perdem os dados muito facilmente. Qubit de spin Florian Froning e seus colegas das universidades da Basileia (Suíça) e Tecnológica de Eindhoven (Países Baixos) criaram esses qubits versáteis usando "spins de lacunas". Lacunas são os portadores de cargas positivas, assim como os elétrons são portadores de cargas negativas - uma lacuna surge sempre que um elétron é retirado, o que torna fácil entender o nome da carga positiva, essencialmente a "ausência" de um elétron. Froning criou as lacunas conforme ele retirava deliberadamente elétrons de uma liga semicondutora de silício e germânio disposta em um fio unidimensional de apenas 20 nanômetros. Assim como um elétron, uma lacuna também tem um spin, ou momento magnético, que pode assumir dois estados, para cima e para baixo - análogo aos valores 0 e 1 nos bits clássicos. No novo tipo de qubit, esses spins podem ser seletivamente acoplados - por meio de um fóton, por exemplo - a outros spins, ajustando suas frequências ressonantes. Isso é crucial para construir computadores quânticos com um elevado número de qubits. Qubit de alta velocidade Em seu modo normal, o qubit pode assumir seu estado de spin de forma muito estável, armazenando seu dado por longos períodos. Mas ele pode então ser chaveado muito rapidamente usando um pulso elétrico. "O spin pode ser girado de forma coerente, de 'para cima' para 'para baixo' em apenas um nanossegundo. Isso permite até um bilhão de chaveamentos por segundo. A tecnologia de qubit de spin, portanto, já está se aproximando das velocidades de clock dos computadores convencionais de hoje," disse o professor Dominik Zumbuhl, coordenador da equipe. Link: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=bit-quantico-configurado-guardar-ou-processar-dados&id=010110210201#.YEI3o06Sncd
  2. Físicos preveem salto quântico e salvam gato de Schrodinger Físicos dizem que é possível prever o salto quântico, contrariando uma teoria aceita há décadas. Como salvar o gato de Schrodinger Uma equipe de físicos da Austrália, EUA e França descobriu como salvar o famoso gato de Schrodinger, o símbolo da superposição quântica e da imprevisibilidade da natureza em escala atômica. A descoberta permitirá que os pesquisadores criem um sistema de alerta antecipado para os saltos quânticos que ocorrem entre os qubits, os elementos fundamentais da computação quântica, e fazem com que eles percam seus dados. O gato de Schrodinger é um paradoxo bem conhecido, usado para ilustrar o conceito de superposição - a capacidade de uma partícula existir simultaneamente em dois estados diferentes - e a imprevisibilidade, bem expressa no conhecido Princípio da Incerteza de Heisenberg. Para ilustrar esses princípios, o físico Erwin Schrodinger (1887-1961) idealizou um experimento mental no qual um gato seria colocado em uma caixa selada, junto com uma fonte radioativa e um veneno que será liberado se um átomo da substância radioativa decair - o decaimento é um típico fenômeno quântico. A teoria da superposição sugere que, até que alguém abra a caixa, não é possível saber se o átomo decaiu ou não - em outras palavras, o gato estará vivo e morto ao mesmo tempo, em uma superposição de estados, assim como a partícula que determina seu destino. Abrir a caixa para observar o gato faz com que ele mude abruptamente seu estado quântico, que então irá colapsar em uma situação de morto ou de vivo. Salto quântico Agora, Zlatko Minev e seus colegas resolveram dar uma olhada mais de perto no funcionamento real do mecanismo que dita essa mudança de estado, o famoso salto quântico. O salto quântico é a mudança discreta (não contínua) e aleatória no estado de uma partícula atômica, que somente "se realiza" quando é observada, quando sua função de onda colapsa. O que eles descobriram é que é possível antecipar o salto quântico que determinará a mudança de estado da partícula radioativa decaindo e a ação de liberar o veneno. Mais do que isso, é possível agir em tempo real para salvar o gato, o que derruba décadas de um dogma fundamental da física quântica. O experimento mostrou um aumento da coerência durante o salto - em lugar da decoerência - mesmo quando o fenômeno foi observado, o que tipicamente destrói a coerência quântica. Com isto, é possível reverter o salto. Assim, os resultados contradizem a visão estabelecida pelo físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), ao afirmar que os saltos quânticos não são nem abruptos e nem tão aleatórios quanto se pensava anteriormente. Computadores quânticos Para um objeto minúsculo, como um elétron, uma molécula ou um átomo artificial, contendo informação quântica - é por isso que eles funcionam como qubits -, um salto quântico é a transição repentina de um dos estados de energia discretos para outro. Como, no desenvolvimento dos computadores quânticos, os saltos dos qubits se manifestam como erros nos cálculos - a mudança de estado significa que o qubit perdeu seu dado -, esta descoberta simplesmente diz que é possível atuar contra esses erros, anulando-os na fonte, assim que ocorrem. Este é um ponto crucial também para a teoria, dizem os pesquisadores, porque, embora os saltos quânticos pareçam discretos e aleatórios a longo prazo, inverter um salto quântico significa que a evolução do estado quântico possui, em parte, um caráter determinístico, e não aleatório - o salto sempre ocorre da mesma maneira previsível a partir do seu ponto de partida aleatório. "Os saltos quânticos de um átomo são de certa forma análogos à erupção de um vulcão. Eles são completamente imprevisíveis a longo prazo. No entanto, com o monitoramento correto, podemos com certeza detectar um aviso prévio de um desastre iminente e agir antes que ocorra," disse Minev. O experimento consistiu em monitorar um átomo artificial supercondutor usando três geradores de micro-ondas irradiando o átomo, que fica preso em uma cavidade 3D feita de alumínio. Link: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=salto-quantico&id=010110190604#.YFy4HNLivcc
  3. Este é o computador quântico Helmi. [Imagem: LUMI] Conexão entre supercomputador e computador quântico O computador quântico Helmi ("Pérola") foi conectado ao supercomputador pan-europeu Lumi ("Neve"), criando um serviço híbrido que ficará disponível para pesquisadores e desenvolvedores. A conexão com o mais poderoso supercomputador clássico da Europa possibilita o melhor aproveitamento possível do poder computacional do computador quântico. Estas primeiras gerações dos computadores quânticos, embora extremamente poderosos em certas tarefas, ainda precisam de uma supervisão constante por computadores clássicos tradicionais. Mas a ideia aqui é fazer com que os dois operem em conjunto na solução de problemas práticos. O computador quântico Helmi, que tem 5 qubits, está instalado no Centro de Pesquisa Técnica (VTT), e o supercomputador Lumi está no Centro de Tecnologia da Informação para Ciência, ambos na Finlândia. Os dois computadores iniciaram suas operações em 2021. A conexão bem-sucedida entre os dois abre caminho para um futuro no qual computadores quânticos e computadores tradicionais de alto desempenho trabalhem juntos, resolvendo problemas que nenhum deles consegue resolver sozinho. A integração permite projetos de computação híbrida e deverá alavancar sobretudo o desenvolvimento dos algoritmos e softwares quânticos necessários para as aplicações práticas. "O VTT quer fazer pesquisa aplicada usando o computador quântico e aprender mais sobre essas possibilidades. Vemos um grande potencial na computação quântica para acelerar a inovação em benefício das empresas e de toda a sociedade. Continuaremos a construir computadores quânticos maiores e mais poderosos, que também ficarão disponíveis para os usuários através do mesmo portal," disse o professor Pekka Pursula, do VTT. Este é o supercomputador Lumi. [Imagem: LUMI/Fade Creative] Supercomputadores juntos com computadores quânticos Embora os supercomputadores sejam imensamente poderosos por si só, alguns tipos de problemas só podem ser resolvidos, ou resolvidos com mais rapidez, precisão e usando menos energia, quando resolvidos em computadores quânticos. Esses problemas incluem o desenvolvimento de novos produtos e materiais, por exemplo nas indústrias farmacêutica, química e de baterias. O aprendizado de máquina quântico também promete levar a inteligência artificial a novos patamares. Mas a comparação tão comum entre as duas plataformas, numa espécie de "um versus o outro", não é exatamente correta ou adequada: Se os dois tipos de computadores se unirem, tudo pode ser feito de maneira mais prática, e na verdade abre-se a possibilidade de resolver coisas que nenhum deles consegue sozinho. É certo que a otimização das cadeias de suprimentos, rotas de viagem e gerenciamento de portfólio estão no topo da lista de aplicações que poderão tirar proveito da chamada vantagem quântica, onde a computação quântica supera a capacidade dos supercomputadores clássicos sozinhos. Contudo, graças ao poder de computação combinado, os aplicativos de aprendizado de máquina - por exemplo, para gerar novas estruturas moleculares com base em dados moleculares existentes - podem ser mais rápidos e precisos, acelerando significativamente o processo de projetar novos materiais. Algumas das primeiras vantagens concretas dessa integração quântico-clássico podem ser esperadas em áreas onde alta precisão e qualidade das previsões computacionais são cruciais, mas o tempo para encontrar a resposta é limitado. Um exemplo é a previsão do tempo, onde é importante prever com rapidez e precisão, por exemplo, tempestades, trajetórias de furacões e propagação de tsunamis. E isto depende da análise em tempo real dos dados de observação dos satélites e dos sensores em terra. A longo prazo, o processamento de imagens de alta qualidade poderá, por exemplo, detectar um incêndio florestal desde o início, antes que ele se espalhe de forma incontrolável. No setor financeiro, uma maior precisão na negociação algorítmica produzirá resultados lucrativos momento a momento. O futuro hoje Outro detalhe, e um que não é assim tão "detalhe", é o fato de que os computadores quânticos reais se comportam de maneira bastante imprevisível, algo que está em sua própria natureza. E isso exigirá o desenvolvimento de novos algoritmos e novas abordagens para a solução de problemas. A disponibilidade em primeira mão da computação quântica oferece aos usuários a oportunidade de experimentar e se adaptar a esse novo paradigma de computação, algo crucial para que profissionais e estudantes se preparem para o próximo salto na computação, seja em aplicações científicas, seja em aplicações industriais. E isto pode ser alcançado imediatamente com a conexão do computador quântico aos supercomputadores, que já estão acessíveis pelas redes atuais. Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercomputador-conectado-computador-quantico&id=010150221222#.Y6XjNRXMIdU
  4. Transístor de ponto quântico Os pontos quânticos que deram um impulso na qualidade da imagem das TVs prometem agora dar um impulso na capacidade e na velocidade de processamento dos computadores. Hyeong Yun e colegas do Laboratório Nacional Los Alamos e da Universidade da Califórnia criaram transistores de pontos quânticos totalmente funcionais e já demonstraram seu funcionamento em circuitos capazes de executar operações lógicas. Os primeiros transistores de pontos quânticos em materiais semicondutores foram construídos em 2004, mas até agora vinha sendo difícil produzir as duas versões desse componente necessárias para fazer computações: os transistores de tipo p (positivo) e de tipo n (negativo). Esses pares de transistores são complementares e são tão importantes que dão o nome à tecnologia mais tradicional da microeletrônica, a CMOS (sigla em inglês para semicondutor complementar de óxido metálico), que está na base dos processadores, chips de memória, sensores de imagem e demais dispositivos eletrônicos. Transistores do tipo p e n Hyeong Yun conseguiu justamente construir transistores p e n usando pontos quânticos de seleneto de índio-cobre (CuInSe2), livrando-se do problemático cádmio e outros metais pesados que normalmente entram na composição desses semicondutores, que funcionam como "poços de elétrons". A técnica permite definir transistores do tipo p e n aplicando dois tipos diferentes de contatos metálicos (ouro e índio, respectivamente) - na verdade, o transístor nasce quando uma camada de pontos quânticos comuns é aplicada no topo dos contatos pré-padronizados. "Esta abordagem permite a integração direta de um número arbitrário de transistores do tipo p e n complementares na mesma camada de pontos quânticos, preparada como um filme contínuo não padronizado por meio de espalhamento rotativo," contou o professor Victor Klimov. Como os dois tipos de transistores são construídos na mesma pastilha, isso permitiu à equipe usá-los para demonstrar circuitos eletrônicos totalmente funcionais. Eletrônica de pontos quânticos Desde seu nascimento, a microeletrônica tem-se baseado no silício de altíssima pureza, processado em ambientes de sala limpa especialmente criadas para isso. Recentemente, contudo, o silício tem sido desafiado por várias tecnologias alternativas - normalmente chamadas de tecnologias pós-silício - que permitem a fabricação de circuitos eletrônicos complexos fora de uma sala limpa, por meio de técnicas químicas mais baratas e acessíveis. Nanopartículas semicondutoras coloidais, produzidas com técnicas químicas em ambientes muito menos rigorosos são uma dessas tecnologias emergentes. Devido ao seu pequeno tamanho e propriedades exclusivas diretamente controladas pela mecânica quântica, essas partículas são chamadas de pontos quânticos. Um ponto quântico coloidal consiste em um núcleo semicondutor coberto por moléculas orgânicas. Como resultado dessa natureza híbrida, eles combinam as vantagens dos semicondutores tradicionais bem conhecidos com a versatilidade química dos sistemas moleculares. Essas propriedades são atraentes para a realização de novos tipos de circuitos eletrônicos flexíveis, que podem ser impressos em praticamente qualquer superfície, incluindo plástico, papel e até mesmo na pele humana. Essa capacidade pode beneficiar várias áreas, incluindo eletrônicos de consumo, segurança, sinalização digital e diagnósticos médicos. Bibliografia: Artigo: Solution-processable integrated CMOS circuits based on colloidal CuInSe2 quantum dots Autores: Hyeong Jin Yun, Jaehoon Lim, Jeongkyun Roh, Darren Chi Jin Neo, Matt Law, Victor I. Klimov Revista: Nature Communications Vol.: 11, Article number: 5280 DOI: 10.1038/s41467-020-18932-5 Fonte: Inovação Tecnológica https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=transistor-ponto-quantico&id=010110201113#.X6_KachKjcs
  5. A grande vantagem do transístor quântico é um baixíssimo consumo de energia. [Imagem: UPenn] Transístor de baixo consumo Os transistores de efeito de campo (FETs) oferecem um dos melhores equilíbrios entre velocidade e eficiência energética da atualidade, o que lhes garante lugar em todos os dispositivos de computação. No entanto, o que temos na atualidade não está conseguindo responder aos apelos por maior eficiência em termos de energia, um problema que se agrava continuamente pela maior demanda computacional - mesmo quando operando nas tensões mínimas possíveis, os FETs ainda consomem muita energia. Por conta disso, pesquisadores em todo o mundo têm trabalhado para redesenhar os FETs com esses imperativos de energia em mente. Jinshui Miao e colegas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, estão disparando na frente nessa corrida, apresentando um projeto de FET que reduz quase pela metade a quantidade de energia necessária para comutação (passar de um estado "0" para um estado "1" ou vice-versa). "Atualmente, os dispositivos de computação contêm tantos transistores - dezenas de bilhões - que mesmo uma pequena redução no uso de energia faria uma grande diferença. Nossos resultados com este projeto representam uma grande redução, o que significa que o impacto na eficiência energética geral será enorme. Ele diminui os mínimos teóricos atuais em uma quantidade surpreendente," comemorou o professor Deep Jariwala, cuja equipe também está tentando construir um processador sem transístor. No tunelamento quântico, a partícula vence uma barreira sólida porque se comporta como uma onda. [Imagem: Yoschi/Wikimedia] TFET O novo componente obteve um ganho surpreendente em eficiência energética tirando proveito de uma propriedade da física quântica conhecida como tunelamento, quando as partículas - neste caso, os elétrons - movem-se através de barreiras de energia, como se criassem túneis para atravessar os materiais sólidos. Por conta disso, o novo transístor é considerado um TFET, um FET com tunelamento (Tunneling Field Effect Transistor), também conhecido como transístor quântico. "Imagine um elétron se movendo por um FET como se fosse uma bola que precisa rolar uma colina para chegar ao outro lado," explica Chloe Leblanc, uma das responsáveis pela construção do novo transístor. "Em um TFET, a bola não precisa rolar colina acima - ela recebe um pequeno empurrão e consegue fazer um túnel através da colina. O que é empolgante neste estudo é que pudemos confirmar por meio de várias demonstrações e simulações de componentes que essa física, o tunelamento de elétrons, é definitivamente a razão pela qual nosso transístor é tão eficaz em baixa potência." Esquema do transístor FET de tunelamento e micrografias do componente real. [Imagem: Jinshui Miao et al. - 10.1038/s41928-022-00849-0] Transístor de tunelamento Os cientistas vêm experimentando a tecnologia FET de tunelamento há décadas, mas têm tropeçado em contrapartidas intransponíveis em termos de potência e desempenho. Até agora, os TFETs eram capazes de operar ou abaixo do mínimo de tensão teórica (60 mV/década, uma métrica conhecida como limite de Boltzmann), ou com densidade de corrente suficiente para funcionar em aplicações nos níveis de circuito e sistema. Este novo projeto conseguiu pela primeira vez fazer as duas coisas simultaneamente. "O que foi fundamental para a nossa solução é um novo semicondutor experimental chamado seleneto de índio (InSe), que é limpo o suficiente, em termos de qualidade de cristal, e atinge alta densidade de corrente de acionamento. Agora que temos uma estrutura que permite alta densidade de corrente e baixa tensão, podemos começar a construir um argumento forte para substituir um FET padrão por um TFET," disse Jariwala. fonte: inovacaotecnologica.com.br

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