Uma colaboração internacional de físicos quânticos da Universidade de Bristol, Microsoft, Google, Colegio Imperial, Instituto Max Planck, e a Sun Yat-sen University introduziram um novo algoritmo para resolver a estrutura de energia de sistemas quânticos em computadores quânticos.

Eles testaram este algoritmo em um processador fotônico quântico de silício que realiza o cálculo usando fótons, as partículas elementares de luz.

A estrutura de energia de um sistema quântico é feita de níveis de energia quantizados, o nível de energia mais baixo é chamado de estado fundamental, enquanto os níveis de energia mais elevados são chamados de estados excitados.

Em particular, este novo algoritmo é capaz de encontrar os estados excitados de uma forma que parece não ter analogia direta em um computador clássico, fornecendo uma nova maneira de estudar física e química em nível microscópico.

As propriedades químicas e físicas fundamentais dos sistemas podem ser caracterizadas por encontrar um conjunto particular de estados quantizados chamados autoestados que contém o estado fundamental do sistema (o estado com energia mínima) e estados excitados (estados estacionários com energias mais altas).

Autor Jarrod McClean, do Quantum AI Lab do Google, disse:"Expandir o kit de ferramentas para estados excitados é crucial se quisermos que os computadores quânticos façam contribuições significativas para áreas importantes, como células solares e baterias."

Espera-se que grandes computadores quânticos sejam capazes de simular sistemas químicos complexos, uma tarefa impossível para computadores clássicos, aumentando nosso conhecimento de física e química.

A pesquisa, publicado hoje na revista, Avanços da Ciência , foi liderado por pesquisadores da Escola de Física da Universidade de Bristol.

O autor principal, Dr. Raffaele Santagati, disse:"Neste trabalho, fornecemos uma nova ferramenta para estudar as propriedades de sistemas quânticos com computadores quânticos."

Este objetivo é alcançado através da introdução de uma abordagem à simulação quântica baseada no novo conceito de "testemunha de estado próprio", uma quantidade que detecta se um determinado estado quântico está próximo a um estado próprio do sistema ou não.

Dr. Jianwei Wang, também da University of Bristol, acrescentou:"Testamos com sucesso o protocolo para um caso de prova de conceito em um chip fotônico quântico de silício, mostrando sua aplicabilidade para simular sistemas mais complexos em dispositivos quânticos realistas de curto prazo. "

Pouco depois da demonstração de Bristol, outra abordagem foi demonstrada experimentalmente pelo Dr. Jeremy Colless e colegas da UCA em Berkeley, usando qubits supercondutores.

Os pesquisadores preveem que as principais descobertas deste artigo promoverão pesquisas para melhorias no algoritmo proposto e o surgimento de novas aplicações.

Computadores quânticos avançados desbloquearão aplicativos poderosos, e espera-se que isso seja possível nas próximas décadas, quando computadores quânticos com aproximadamente 200 qubits estarão disponíveis.

O Dr. Santagati acrescentou:"Desenvolvimento adicional da fotônica quântica integrada, perceber dispositivos mais complexos, tornará possível simuladores quânticos fotônicos mais úteis. "