Como um físico visa reduzir o ruído na computação quântica – The NAU Review

Você já se perguntou por que sua pontuação de crédito é o que é? Você armazenou informações privadas na nuvem que deseja manter privadas? Já pensou em investir em criptomoedas? Preocupado com a guerra cibernética?

Se você respondeu sim a alguma dessas perguntas, a computação quântica desempenha um papel em sua vida, ou pelo menos terá quando seu uso se tornar prático o suficiente para executar os sistemas que controlam nossas vidas diárias.

Isso e onde por Ryan Behunin o trabalho entra

Behunin, professor assistente de física aplicada e ciência dos materiais e pesquisador do NAU’s Center for Materials Interfaces in Research and Applications (MIRA!), explora questões fundamentais sobre a interação de luz, som e matéria. Seu mais recente projeto de pesquisa, “Controle de ruído em dispositivos quânticos com luz e som”, foi financiado por uma bolsa NSF CAREER de quase US$ 500.000, que apoia professores em início de carreira em suas pesquisas inovadoras.

Este artigo se concentra nos desafios de tornar os computadores quânticos práticos, ajudando os blocos de construção dos computadores quânticos, chamados “qubits”, a funcionar melhor. Isso é fundamental porque os computadores quânticos têm o potencial de resolver certos problemas que não são tratáveis ​​com a tecnologia de computação tradicional. O desafio é que a tecnologia atualmente é muito vulnerável a distúrbios no ambiente que corrompem as informações armazenadas em computadores quânticos (cheios de ruído, por assim dizer) para atingir todo o seu potencial.

O objetivo de Behunin é silenciar esse barulho.

“Teoricamente, a física quântica pode permitir novos computadores poderosos que atingem enormes velocidades exponenciais em relação às formas tradicionais de computação, permitindo cálculos que atualmente são intratáveis”, disse Behunin. “Virtualmente, no entanto, as mesmas características quânticas que permitem essas propriedades notáveis ​​são rapidamente apagadas através de um processo chamado decoerência, que não é diferente da maneira como uma corda de guitarra dedilhada eventualmente relaxa”.

Como resultado, a decoerência limita o tempo de vida dos estados quânticos, apresentando desafios para as tecnologias quânticas práticas. Este projeto mostrará como a decoerência pode ser controlada pela manipulação de ondas sonoras.

O “ruído” na mecânica quântica funciona como a estática no rádio, tornando difícil “ouvir” o sinal. A fonte de ruído mais problemática para muitos dispositivos quânticos vem dos estados de tunelamento de dois níveis, ou TLS. Eles não são bem compreendidos, mas estão em toda parte, e os físicos ainda precisam encontrar uma maneira eficaz de silenciar o TLS. Esta pesquisa aproveitará a forte interação entre TLS e ondas sonoras para desenvolver novas técnicas de controle e redução dessa fonte de ruído.

As respostas que Behunin busca têm implicações para a segurança cibernética, fabricação avançada e áreas como desenvolvimento de medicamentos; A computação quântica mais rápida e acessível pode significar a criação mais rápida e acessível de medicamentos ou outros materiais orgânicos.

“Podemos dar um grande passo em direção à tecnologia quântica prática se pudermos mostrar como o ruído pode ser controlado e reduzido em dispositivos quânticos”, disse Behunin.

Este projeto também se concentrará em fornecer oportunidades de pesquisa para estudantes de populações historicamente sub-representadas no campo da física, incluindo mulheres e grupos minoritários. Além de sua pesquisa inovadora, a missão de ¡MIRA! é aumentar a diversidade nestes campos. Recrutar alunos em laboratórios como o de Behunin é uma grande parte dessa missão, assim como chegar aos alunos do ensino fundamental e médio para deixá-los empolgados com a pesquisa STEM muito antes de entrarem na faculdade. É por isso que parte deste projeto inclui Behunin ensinando um minicurso gratuito sobre física quântica em Tynkertopia, um centro STEAM sem fins lucrativos localizado no bairro de Sunnyside em Flagstaff.

“Cientificamente, estamos tentando responder a questões profundas da ciência dos materiais, ou seja, o que é TLS e como podemos nos livrar dele?” disse Behunin. “Em relação à diversidade, este projeto visa engajar comunidades pouco representadas nas ciências. O objetivo é aumentar o acesso e a exposição à ciência quântica em nossas comunidades carentes.”

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Heidi Thoth | Comunicações UAN
(928) 523-8737 | heidi.toth@nau.edu

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