Imagine estar preso dentro de um labirinto e querendo encontrar uma saída. Como você procederia? A resposta é tentativa e erro. É assim que os computadores tradicionais com algoritmos clássicos operam para encontrar a solução para um problema complexo. Agora, considere o seguinte:e se, por magia, você conseguiu se clonar em várias versões para poder percorrer todos os vários caminhos ao mesmo tempo? Você encontraria a saída quase instantaneamente.

Acontece que não estamos falando de magia - estamos falando de partículas atômicas e subatômicas. Um elétron, por exemplo, pode estar em vários lugares ao mesmo tempo. Este é um princípio fundamental da natureza conhecido na mecânica quântica como princípio da superposição.

Agora, imagine se tirarmos vantagem desse princípio e aplicá-lo aos nossos simuladores e computadores clássicos. Imagine como seríamos dramaticamente mais eficientes no processamento de informações!

Este é o princípio por trás dos computadores quânticos e simuladores quânticos. Em essência, os computadores quânticos usam a capacidade das partículas subatômicas de existir em mais de um lugar ao mesmo tempo.

Simuladores quânticos não são bons apenas para eficiência em tempos de processamento, mas são a escolha "natural" para simular sistemas simples e complexos na natureza. Esta é uma consequência direta do fato de que a natureza é, em última análise, governada pelas leis da mecânica quântica.

Os simuladores quânticos nos fornecem uma excelente oportunidade para simular aspectos fundamentais da natureza e entender suas dinâmicas ocultas, mesmo sem olhar para as complexidades decorrentes das várias partículas e suas interações. Este é exatamente o motivo da pesquisa do professor Ebrahim Karimi e sua equipe.

A equipe de Karimi simula estruturas periódicas e fechadas na natureza, como moléculas em forma de anel e redes cristalinas, invocando as propriedades mecânicas quânticas da luz. Os resultados podem nos ajudar a entender a dinâmica envolvida em tais sistemas, bem como abrir a possibilidade para o desenvolvimento de computadores quânticos baseados em fotônicos eficientes.

A equipe de Karimi construiu e operou com sucesso o primeiro simulador quântico projetado especificamente para simular sistemas cíclicos (em forma de anel). Um simulador quântico simula um sistema quântico. A equipe usou o quantum de luz (fóton) para simular o movimento quântico de elétrons dentro de anéis feitos de diferentes números de átomos. Os resultados do experimento revelaram que a física dos sistemas em forma de anel é fundamentalmente diferente daquela dos sistemas em linha.

Ao fazer isso, a equipe estabeleceu uma técnica experimental poderosa para simular uma ampla classe de sistemas atômicos e abriu uma nova janela para explorar muitas oportunidades resultantes de seu trabalho.

"Antecipamos isso, dentro de um curto período de tempo, nossa pesquisa terá um impacto muito grande em várias disciplinas, variando de medicina a ciência da computação, da química orgânica e biologia à ciência dos materiais e física fundamental, "diz o Dr. Farshad Nejadsattari, um dos bolsistas de pós-doutorado de Karimi, quem fez parte do projeto.

Em um simulador quântico, uma partícula quântica que pode ser facilmente controlada e bem compreendida fisicamente (no nosso caso, uma partícula de luz, um fóton) pode se propagar dentro de um sistema projetado para ser semelhante ao que está sendo simulado.

Algumas descobertas interessantes deste experimento incluem encontrar maneiras específicas de distribuir a partícula no anel de modo que a distribuição nunca mude conforme a partícula se propaga, e também encontrar casos em que a partícula primeiro se espalha no anel e então reemerge no local onde foi inicialmente colocada. Isso nunca foi visto experimentalmente em nenhum simulador quântico.

Com as técnicas de simulação quântica se tornando mais maduras e complexas, sintetizando novos materiais, o desenvolvimento de produtos químicos e medicamentos será bastante simplificado. O simulador quântico ajudará a fornecer todas as informações necessárias em um piscar de olhos.