Processador de luz reprogramável: como ele pode mudar o futuro da física quântica

Em uma era marcada por avanços tecnológicos extraordinários, a inovação no campo da computação acaba de dar mais um salto significativo com o desenvolvimento do primeiro processador de luz reprogramável.

Este avanço não é apenas uma proeza técnica, mas também uma promessa de transformar o panorama da computação quântica, inteligência artificial e de outras tecnologias emergentes.

Uma colaboração internacional entre cientistas da Austrália, Estados Unidos e Itália, liderada pelo professor Mirko Lobino, da Universidade de Trento, levou à construção desse processador fotônico único, utilizando o niobato de lítio, um material já conhecido por suas aplicações em chips eletroacústicos e tecnologias quânticas.

Diferentemente das plataformas de computação com luz existentes, que são limitadas a uma função específica, este novo processador destaca-se por sua capacidade de reprogramação rápida e eficiência energética.

O processador fotônico reprogramável permitirá estudar fenômenos da física quântica até então incompreendidos

Fenômenos quânticos que ocorrem dentro da matéria são difíceis de observar e medir porque para cada material sólido é necessária uma configuração diferente de estados físicos.

Com o processador de luz reprogramável, os pesquisadores conseguiram reproduzir distúrbios ambientais, efeitos externos e interferências, que podem interagir com os elétrons em diferentes configurações. Dentro dele, uma série de canais minúsculos, alguns micrômetros de comprimento, direcionam a luz e dessa forma recriam o comportamento ondulatório dos elétrons em uma rede atômica.

Foto: Will Wright / RMIT University

Os pesquisadores conseguiram simular as propriedades quânticas de 2500 materiais diferentes com um único dispositivo, graças a capacidade de reprogramação do processador.

Utilizando a IA e o processador fotônico reprogramável para simular o funcionamento de computadores quânticos

Os pesquisadores utilizaram, pela primeira vez, aprendizado de máquina para programar um processador fotônico e, com isso, controlar o que acontece dentro de um pequeno computador quântico de alguns poucos qbits (bits quânticos).

Na computação quântica, conhecidas as entradas do sistema (informação em forma de qbits) é possível obter saídas desejadas (corretas) a partir de estímulos que se baseiam em matemática probabilística de extrema complexidade. Porém, em sistemas maiores, que utilizam dezenas de milhares de qbits, é praticamente impossível entender a lógica interna desse processamento, é uma verdadeira “caixa preta”.

Os cientistas acreditam que com o processador fotônico reprogramável em conjunto com a inteligência artificial poderão desvendar esses mecanismos internos, o que certamente tem o potencial revolucionar tudo o que conhecemos de tecnologia computacional. Para esse fim, o estudo conta com uma equipe liderada pelo professor Alberto Peruzzo, da UniTentro, que será responsável por desenvolver os algoritmos quânticos e aprendizagem de máquina para medir e descrever o processo de transformação da luz em diversas configurações.

“Nós construímos um chip fotônico”, explica o professor Lobino, “que nos permite recriar mais de duas mil configurações diferentes de materiais sólidos sem ter nenhum desses materiais. Em vez de elétrons, usamos feixes de laser. E fomos capazes de ver e medir os efeitos do que acontece dentro do circuito.”.

“Um dos aspectos fundamentais do computador quântico”, continua ele, “é que ele nos permitirá simular eficientemente materiais, otimizar reações químicas ou descobrir propriedades que talvez ainda não conheçamos.”