Coisa de ficção científica! Cientistas chineses criam maior arranjo de átomos com inteligência artificial

Um dos tópicos mais comentados atualmente dentro do mundo da tecnologia é a computação quântica. Ela utiliza princípios da Mecânica Quântica para processar informações de forma mais eficiente que os computadores tradicionais. Os computadores clássicos trabalham com bits que assumem os valores 0 ou 1. Já os computadores quânticos utilizam qubits que podem representar múltiplos estados. Essa característica junto com efeitos como emaranhamento e superposição aceleram o processamento.

No entanto, a Computação Quântica tem enfrentado desafios desde sua formulação no século passado. Um dos maiores problemas se refere aos qubits serem instáveis e qualquer ruído afetar o sistema. Outro problema é a dificuldade em criar e manter arranjos de átomos de forma estável. Por causa desses desafios, os sistemas atuais exigem temperaturas baixas e controle de interferências. Isso acaba tornando a implementação cara e impossível de ser aplicada em qualquer lugar.

Pesquisadores chineses publicaram um artigo na revista Physical Review Letters onde descrevem um novo método que permitiu criar o maior arranjo de átomos do mundo. Eles conseguiram montar arranjos em duas e três dimensões, contendo até 2.024 átomos, algo inédito. Além disso, o tempo do processo chamou atenção por ter durado apenas 60 milissegundos. Esse avanço é significativo em comparação com os sistemas existentes que conseguem reorganizar apenas centenas de átomos em segundos.

Matrizes de átomos na computação quântica

As matrizes de átomos são aglomerados de átomos individuais que funcionam como qubits. Cada átomo é preso em posições específicas através de "pinças ópticas" que são formadas por lasers e campos magnéticos. Com isso, é possível manipular cada átomo e realizar operações quânticas conhecidas como gates. Por causa disso, a organização desses átomos é importante para que um computador quântico funcione sem erros.

Com isso, o desafio do controle de matrizes compostas por átomos é um dos problemas mais importantes quando se fala de computação quântica em larga escala. Alguns estudos mostram que quanto mais organizado um arranjo, maior é a estabilidade e menor é o erro durante as operações. Por causa disso, diferentes grupos de pesquisa têm procurado novas técnicas para conseguir manter a organização e estabilidade.

Limitações

O grande problema por trás das técnicas tradicionais para organizar arranjos de átomos está no tempo e eficiência. Nessas técnicas mais tradicionais, o processo de posicionar cada átomo exige um controle manual ou semi-automatizado que demora segundos até minutos por operação. Por causa dessa demora e do controle manual, é praticamente impossível conseguir criar matrizes grandes.

Outro problema é a alta taxa de falhas presente nessas técnicas porque mesmo pequenas imperfeições, como átomos desalinhados ou ausentes, a estabilidade do sistema quântico é comprometida. Essas falhas acabam escalonando e torna inviável realizar operações maiores, o que limita os computadores quânticos atuais. Isso representa um dos principais gargalos na construção de arquiteturas quânticas escaláveis.

Usando IA

Um grupo de pesquisadores chineses introduziu uma nova técnica que é capaz de contornar os defeitos de técnicas tradicionais. Para isso, eles usaram um modelo de IA que calcula em tempo real as ferramentas necessárias para reorganizar os átomos. A IA consegue usar controles sobre a posição e a fase, fazendo com que um modulador consiga mover todos os átomos simultaneamente.

A precisão encontrada usando IA permite gerar matrizes perfeitas podendo expandir para dezenas de milhares de átomos. Para demonstrar a capacidade do novo sistema, a equipe criou uma animação inspirada no gato de Schrödinger. Eles utilizaram 549 átomos e capturaram a imagem de suas posições detectando a fluorescência dos átomos em resposta a pulsos de laser.

Futuro da Computação Quântica com IA

Com essa técnica, os pesquisadores mostraram como o uso de IA pode acelerar o avanço da área da Computação Quântica. Isso acontece, principalmente, pela capacidade da IA de realizar tarefas de forma rápida e um aprendizado constante de sistemas extremamente complexos. No estudo, os pesquisadores mostram como o futuro da Computação Quântica está ligado ao uso de IA.

A IA se mostra útil para auxiliar na calibração de qubits, no controle de erros e na otimização de experimentos. Ela permite que processos que antes demoravam muito tempo sejam automatizados e acelerados. Com isso, a construção de computadores quânticos em larga escala se torna mais viável e abre caminho para resolver problemas mais complexos através de mais operações com mais qubits.

Referência da notícia

Lin et al. 2025. AI-Enabled Parallel Assembly of Thousands of Defect-Free Neutral Atom Arrays. Physical Review Letters.