Os pesquisadores alcançaram um salto significativo na simulação quântica, criando o maior e mais controlável simulador até agora – apelidado de Quantum Twins – capaz de modelar materiais complexos com uma precisão sem precedentes. Esta descoberta poderá acelerar a descoberta de novos materiais com propriedades revolucionárias, incluindo supercondutores que funcionam em condições práticas.
O poder da simulação quântica
Os computadores quânticos prometem resolver problemas além do alcance dos computadores clássicos. Os simuladores quânticos adotam uma abordagem diferente: em vez de soluções computacionais, eles emulam sistemas quânticos diretamente. Isto é particularmente valioso para a ciência dos materiais porque muitas propriedades dos materiais – como a supercondutividade – surgem de efeitos quânticos que são difíceis de calcular em computadores normais.
As simulações tradicionais enfrentam grandes sistemas e interações complexas. Os simuladores quânticos contornam essa limitação imitando diretamente o comportamento dos elétrons nos materiais, oferecendo um atalho para a compreensão e o projeto de materiais exóticos.
Construindo Gêmeos Quânticos
O simulador Quantum Twins foi construído incorporando átomos de fósforo em chips de silício. Cada átomo serve como um qubit – a unidade fundamental da informação quântica – e os pesquisadores organizaram com precisão esses qubits para imitar a estrutura atômica de materiais reais.
A iteração atual do Quantum Twins consiste em grades contendo 15.000 qubits, superando os simuladores anteriores. Crucialmente, a equipe também controla as propriedades eletrônicas do material simulado, ajustando a facilidade com que os elétrons se movem ou interagem dentro da grade. Este nível de controle é essencial para uma modelagem precisa.
Resultados Iniciais e Perspectivas Futuras
A equipe testou o simulador recriando um modelo bem conhecido de como os defeitos afetam a condutividade elétrica. Os resultados validam a capacidade do simulador de lidar com sistemas complexos que desafiam os computadores clássicos.
Olhando para o futuro, a Quantum Twins está preparada para enfrentar alguns dos maiores desafios da ciência dos materiais:
- Supercondutores à temperatura ambiente: Os supercondutores atuais requerem frio ou pressão extremos. A simulação quântica pode ajudar a projetar materiais supercondutores em condições ambientais, revolucionando a transmissão e o armazenamento de energia.
- Descoberta de medicamentos e fotossíntese artificial: A simulação de interfaces entre metais e moléculas poderia acelerar o desenvolvimento de novos medicamentos e dispositivos de fotossíntese artificial mais eficientes.
Por que isso é importante
A capacidade de modelar materiais com precisão no nível quântico é uma virada de jogo. Não se trata apenas de cálculos mais rápidos; trata-se de projetar materiais com propriedades que atualmente são impossíveis de alcançar. Esta inovação aproxima os pesquisadores da engenharia de materiais com propriedades personalizadas, potencialmente resolvendo grandes desafios em energia, medicina e muito mais.
“A escala e a controlabilidade que alcançámos com estes simuladores significam que agora estamos preparados para resolver alguns problemas muito interessantes”, afirma Michelle Simmons, investigadora principal do projeto.
Este desenvolvimento sugere um futuro onde os materiais são projetados átomo por átomo, desbloqueando propriedades com as quais só podemos sonhar hoje.
