A Microsoft diz que criou um novo estado de matéria para alimentar computadores quânticos

Qualquer pessoa que tenha se sentado em uma aula de ciências da terceira série sabe que existem três estados principais de matéria: sólido, líquido e gás.

A Microsoft agora diz que criou um novo estado de matéria em sua busca para criar uma máquina poderosa, chamada de computador quântica, que poderia acelerar o desenvolvimento de tudo, desde baterias a medicamentos e inteligência artificial.

Na quarta -feira, os cientistas da Microsoft disseram que haviam construído o que é conhecido como um “qubit topológico” com base nessa nova fase da existência física, que poderia ser aproveitada para resolver problemas matemáticos, científicos e tecnológicos.

Com o desenvolvimento, a Microsoft está aumentando as apostas no que deve ser o próximo grande concurso tecnológico, além da raça de hoje sobre a inteligência artificial. Os cientistas perseguiram o sonho de um computador quântico – uma máquina que poderia explorar o comportamento estranho e extremamente poderoso de partículas subatômicas ou objetos muito frios – desde os anos 80.

O push acalôou -se em dezembro, quando o Google revelou um computador quântico experimental que precisava de apenas cinco minutos para concluir um cálculo de que a maioria dos supercomputadores não poderia terminar em 10 anos de setembro – mais que a idade do universo conhecido.

A tecnologia quântica da Microsoft pode saltar os métodos em desenvolvimento no Google. Como parte de sua pesquisa, a empresa construiu vários qubits topológicos dentro de um novo tipo de chip de computador que combina os pontos fortes dos semicondutores que alimentam computadores clássicos com os supercondutores que normalmente são usados ​​para construir um computador quântico.

Quando esse chip é resfriado a temperaturas extremamente baixas, ele se comporta de maneiras incomuns e poderosas que a Microsoft acredita que permitirá que ela resolva problemas tecnológicos, matemáticos e científicos que as máquinas clássicas nunca poderiam. A tecnologia não é tão volátil quanto outras tecnologias quânticas, disse a empresa, facilitando a exploração de seu poder.

Alguns questionam se a Microsoft alcançou esse marco, e muitos acadêmicos líderes disseram que os computadores quânticos não seriam totalmente realizados por décadas. Mas os cientistas da Microsoft disseram que seus métodos os ajudariam a alcançar a linha de chegada mais cedo.

“Vemos isso como algo que está a anos, não há décadas”, disse Chetan Nayak, um membro técnico da Microsoft que liderou a equipe que construiu a tecnologia.

A tecnologia da Microsoft, que foi detalhada em um artigo de pesquisa publicado no Science Journal Nature na quarta -feira, acrescenta um novo impulso a uma corrida que poderia remodelar o cenário tecnológico. Além de acelerar o progresso em muitos campos tecnológicos e científicos, um computador quântico pode ser poderoso o suficiente para quebrar a criptografia que protege os segredos nacionais.

Qualquer avanço está definido para ter implicações geopolíticas. Mesmo quando os Estados Unidos exploram a computação quântica principalmente por meio de empresas como a Microsoft e uma onda de start-upso governo chinês disse que está investindo US $ 15,2 bilhões em tecnologia. A União Europeia comprometeu US $ 7,2 bilhões.

A computação quântica, que se baseia em décadas de pesquisa em um tipo de física chamada mecânica quântica, ainda é uma tecnologia experimental. Mas, após avanços recentes da Microsoft, Google e outros, os cientistas estão confiantes de que a tecnologia acabará cumprindo sua promessa.

“A computação quântica é uma perspectiva emocionante para a física e para o mundo”, disse Frank Wilczek, físico teórico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Para entender a computação quântica, ajuda a saber como um computador tradicional funciona. Um PC para smartphone, laptop ou desktop depende de pequenos chips feitos de semicondutores, que são materiais que conduzem eletricidade em algumas situações, mas não em todas as situações. Esses chips armazenam e processam números, adicionando -os, multiplicando -os e assim por diante. Eles realizam esses cálculos manipulando “bits” de informação. Cada bit mantém um 1 ou um 0.

Um computador quântico opera de maneira diferente. Um bit quântico, ou qubit, depende do comportamento curioso de partículas subatômicas ou materiais exóticos resfriados a temperaturas extremamente baixas.

Quando é extremamente pequeno ou extremamente frio, um único objeto pode se comportar como dois objetos separados ao mesmo tempo. Ao aproveitar esse comportamento, os cientistas podem construir um qubit que mantém uma combinação de 1 e 0. Isso significa que dois qubits podem conter quatro valores de uma só vez. E à medida que o número de qubits aumenta, um computador quântico se torna exponencialmente mais poderoso.

As empresas usam uma variedade de técnicas para construir essas máquinas. Nos Estados Unidos, a maioria, incluindo o Google, constroem qubits usando supercondutores, que são materiais que conduzem eletricidade sem perder a energia que estão transmitindo. Eles criam esses supercondutores por resfriamento de metais a temperaturas extremamente baixas.

A Microsoft apostou em uma abordagem que poucos outros estão adotando: combinar semicondutores com supercondutores. O princípio básico – juntamente com o nome topológico de qubit – foi proposto pela primeira vez em 1997 por Alexei Kitaev, um físico russo americano.

A empresa começou a trabalhar nesse projeto incomum no início dos anos 2000, quando muitos pesquisadores não acharam que essa tecnologia fosse possível. É o projeto de pesquisa mais antigo da Microsoft.

“Isso é algo em que todos os três CEOs desta empresa apostaram”, disse Satya Nadella, diretora executiva da Microsoft, em entrevista. (Os CEOs anteriores da empresa foram Bill Gates, fundadora, e Steve Ballmer, que dirigia a Microsoft no início dos anos 2000.)

A empresa agora criou um único dispositivo que é parte do arseneto de índio (um tipo de semicondutor) e parte do alumínio (um supercondutor a baixas temperaturas). Quando é resfriado a cerca de 400 graus abaixo de zero, exibe um tipo de comportamento sobrenatural que pode tornar possível os computadores quânticos.

Philip Kim, professor de física em Harvard, disse que a nova criação da Microsoft é significativa porque os qubits topológicos podem acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos. “Se tudo der certo, a pesquisa da Microsoft pode ser revolucionária”, disse ele.

Mas Jason Alicea, professor de física teórica do Instituto de Tecnologia da Califórnia, questionou se a empresa havia realmente construído um qubit topológico, dizendo que o comportamento dos sistemas quânticos é frequentemente difícil de provar.

“Um qubit topológico é possível em princípio, e as pessoas concordam que é um objetivo que vale a pena”, disse Alicea. “Você precisa verificar, porém, se um dispositivo se comporta de todas as maneiras mágicas que a teoria prevê; Caso contrário, a realidade pode ser menos rosada para a computação quântica. Felizmente, a Microsoft agora está configurada para tentar. ”

A Microsoft disse que construiu apenas oito qubits topológicos e que ainda não eram capazes de realizar cálculos que mudariam a natureza da computação. Mas os pesquisadores da empresa veem isso como um passo para construir algo muito mais poderoso.

Por enquanto, a tecnologia ainda comete muitos erros para serem realmente úteis, embora os cientistas estejam desenvolvendo maneiras de reduzir os erros.

No ano passado, o Google mostrou que, ao aumentar o número de qubits, poderia reduzir exponencialmente o número de erros por meio de técnicas matemáticas complexas.

A correção de erros será menos complexa e mais eficiente se a Microsoft puder aperfeiçoar seus qubits topológicos, disseram muitos cientistas.

Embora um qubit possa conter vários valores ao mesmo tempo, ele é sobrecarregado por um problema inerente. Quando os pesquisadores tentam ler as informações armazenadas em um qubit, elas “descascaram” e desmoronam em um bit clássico que mantém apenas um valor: A 1 ou A 0.

Isso significa que, se alguém tentar ler um qubit, ele perde seu poder básico. Portanto, os cientistas precisam superar um problema essencial: como você constrói um computador se ele quebrar sempre que o usar?

Os métodos de correção de erros do Google são uma maneira de lidar com esse problema. A Microsoft acredita que pode resolver o problema mais rapidamente, porque os qubits topológicos se comportam de maneira diferente e têm teoricamente menos probabilidade de entrar em colapso quando alguém lê as informações que armazenam.

“Isso contribui para um qubit muito bom”, disse Nayak.