Capítulo 1176: Férmion de Majorana e a Decoerência do Emaranhamento Quântico
E se a energia elétrica não se atenuasse durante a transmissão? E se um computador tivesse velocidade de processamento exponencial e precisão perfeita?
O Professor Duncan Haldane já tentou responder a essa pergunta. No outono de 2016, este físico e dois colegas ganharam o Prêmio Nobel de Física por "descobertas teóricas de transições de fase topológicas e fases topológicas da matéria"!
Simplificando, por meio de diversos experimentos rigorosos, eles descobriram que até mesmo a menor matéria microscópica poderia exibir propriedades macroscópicas e ter uma fase topológica.
Para entender o significado disso, era necessário compreender a topologia.
Todo mundo sabia que matemáticos analisavam os problemas de uma perspectiva diferente. Eles frequentemente viam as coisas por sua essência. Topologia era a disciplina que estudava as formas geométricas e os espaços que permaneciam inalterados por transformações.
Um dos exemplos mais clássicos da topologia era que uma caneca de café e um donut eram topologicamente iguais, pois, assim como um donut, a caneca de café tinha um furo em sua alça.
Como ambos tinham um furo, era possível transformar um donut em uma caneca de café por meio de um processo de deformação suave e vice-versa… Embora isso possa parecer incompreensível para a maioria das pessoas, ou mesmo inexplicável, na verdade, este método de transformação matemática contribuiu para muitas descobertas interessantes em outros campos.
Isso foi especialmente verdadeiro no campo da física e dos materiais; muitas descobertas incríveis na década de 1980 foram derivadas de métodos topológicos, que forneceram uma base teórica.
Por muito tempo, as pessoas estavam acostumadas a aplicar a topologia para resolver problemas em macroescala. Ainda não estava confirmado se a topologia poderia ser usada para partículas subatômicas como elétrons e fótons.
Porque essas partículas minúsculas eram afetadas pelas leis peculiares da física quântica, seus tamanhos, posições e até mesmo formas estavam constantemente em um estado incerto.
No entanto, o Prêmio Nobel de Física de 2016 deu uma resposta definitiva a essa pergunta.
Que era que essas partículas subatômicas no mundo microscópico carregavam características topológicas!
Essa teoria obviamente não teve impacto na vida cotidiana das pessoas, mas abriu um novo mundo para o campo da engenharia eletrônica!
Por meio do maravilhoso mundo quântico, esses materiais exibiram estabilidade incrível e propriedades notáveis em uma fase de matéria especial. O exemplo mais típico eram os isolantes topológicos.
Essa característica foi encontrada em materiais de grafeno, o que levou diretamente ao nascimento dos chips baseados em carbono do material supercondutor SG-1.
Por outro lado, essa propriedade também promoveu a pesquisa em computação quântica.
Um computador quântico utilizava o princípio de que as partículas subatômicas poderiam estar em diferentes estados ao mesmo tempo e poderiam armazenar informações em algo chamado bit quântico (qubit). Devido a essa característica, os computadores quânticos poderiam resolver problemas exponencialmente mais rápido do que os computadores tradicionais.
No entanto, o problema era que as partículas subatômicas que armazenavam os dados eram frágeis e instáveis. Mesmo uma pequena perturbação poderia mudar seu estado.
Era exatamente isso que era a "decoerência". Em um ambiente de mecânica quântica, qualquer perturbação poderia alterar ou até mesmo colapsar o estado emaranhado do qubit!
Uma das maneiras de resolver esse problema era usar redução de ruído ou tecnologia anti-interferência, ou ambas. Independentemente da rota técnica adotada, eles tinham que encontrar uma maneira de estabilizar as partículas subatômicas.
Este era um dos principais problemas na pesquisa e desenvolvimento de computadores quânticos.
Era também algo que Lu Zhou estava pesquisando…
Instituto Jinling de Estudos Avançados, laboratório subterrâneo de terceiro nível.
A sala vazia que era usada como depósito de amostras agora estava sendo preenchida com equipamentos recém-adquiridos.
Estes incluíam máquinas multifuncionais de medição de propriedades físicas, medidores de passo, magnetômetros de amostra vibrante, testadores de magnetorresistência de alta e baixa temperatura e liofilizador in situ. Embora não fosse um conjunto completo de equipamentos, tinha todos os itens essenciais.
Além dessas poucas peças de equipamento essenciais para pesquisa de materiais de carbono, ele também tinha uma impressora 3D de cura UV com precisão de 8 mícrons. Isso era usado principalmente para imprimir os moldes de plástico usados nos experimentos.
Uma fina película do tamanho de uma unha foi cuidadosamente colocada na máquina de deposição atômica por pulverização por magnetron. Lu Zhou cuidadosamente usou os dados do experimento para definir novos parâmetros experimentais no computador.
Depois de terminar tudo isso, ele finalmente respirou aliviado e pressionou a tecla Enter no teclado.
Uma luz verde acendeu. Uma máquina dentro do laboratório começou a funcionar.
Lu Zhou carregou sua caneca de café e sentou-se em sua cadeira. Ele olhou para o relógio e se perguntou o que poderia fazer para passar o tempo. De repente, o drone de Xiao Ai voou de lado.
Xiao Ai: [Mestre, Mestre! Algo super incrível acabou de acontecer! (≧ω≦*)]
Lu Zhou olhou para a pequena tela flutuando no ar e perguntou: "Você subiu de nível?"
Xiao Ai: [O quê? Você sabia? (°△°|||)]
Lu Zhou: "..."
Será que essa coisa realmente subiu de nível… ou desceu de nível?
Lu Zhou suspirou e ignorou a retardaçao artificial. Ele fechou os olhos e entrou no espaço do sistema.
O acúmulo de pontos de experiência de inteligência artificial foi sincronizado com os pontos de experiência em ciência da informação. Assim que o nível de Xiao Ai subiu para o nível 4, seu nível de ciência da informação passou do nível 4 para o nível 5.
Mesmo que ele não estivesse no espaço do sistema, ele ainda conseguia ver a notificação de sua atualização.
[...]
[G. Ciência da informação: nível 5 (0/300.000)]
Depois que Lu Zhou olhou para seu painel de características, ele esfregou o queixo.
Assim como ele havia especulado, ele poderia ganhar pontos de experiência em inteligência artificial deixando Xiao Ai observar os comportamentos de humanos no mundo de realidade virtual. Na verdade, parecia que a inteligência artificial dependia do conhecimento sociológico.
No entanto, Lu Zhou não deu muita atenção ao progresso de Xiao Ai. Depois de verificar seu painel de características no espaço do sistema, ele voltou ao mundo real.
Ele abriu os olhos e olhou para o drone flutuando na sua frente.
Xiao Ai: [Mestre, Mestre, você não vai elogiar Xiao Ai? (*/ω*)]
Lu Zhou: "Sim, muito bem."
Xiao Ai: [Obrigado!]
Lu Zhou fingiu não ver o texto na tela. Ele olhou para o relógio enquanto falava.
"... Acho que já está quase na hora."
A luz na máquina próxima mudou de verde para vermelho.
Lu Zhou imediatamente disse: "Xiao Ai, ligue o liofilizador in situ."
Xiao Ai: [Ok… (○`3′○)]
Embora Xiao Ai parecesse relutante, ainda assim obedeceu obedientemente às ordens de Lu Zhou.
Lu Zhou sentiu que seu amiguinho estava se tornando cada vez mais senciente… Quase como se estivesse se tornando cada vez mais humano?
Lu Zhou não tinha certeza se isso era algo bom.
Afinal, a maneira como a inteligência artificial processava informações e a maneira como o cérebro humano processava informações eram completamente diferentes. Uma usava a lógica para determinar as emoções, enquanto a outra usava as emoções para impulsionar a lógica.
Talvez a inteligência artificial seja uma nova espécie?
É muito cedo para chegar a uma conclusão.
Como "guardião" de Xiao Ai, Lu Zhou era responsável por monitorar o crescimento de Xiao Ai.
Mas até agora, parecia que o garotinho ainda era bastante obediente. Xiao Ai estava desempenhando o papel de assistente, tanto para a vida de Lu Zhou quanto para sua pesquisa científica. Xiao Ai sempre obedecia às suas ordens sem comprometer.
Talvez eu esteja me preocupando demais?
Com a ajuda de Xiao Ai, Lu Zhou transferiu a amostra de chip baseado em carbono liofilizado da máquina de deposição atômica por pulverização por magnetron para o liofilizador in situ. Em seguida, ele usou um microscópio metalúrgico para analisar cuidadosamente o filme antes de registrar os resultados do experimento.
Ele tinha mais de 30.000 pontos gerais. De acordo com o sistema, ele precisava de 120.000 pontos gerais para obter um conjunto completo de projetos para tecnologia de computação quântica.
Na verdade, esse número era inflado.
Se ele dividisse os problemas e resolvesse parte da tecnologia, ele poderia reduzir o custo de pontos gerais em mais de 80%!
Até agora, ele havia gasto 20.000 pontos gerais para superar vários gargalos importantes de pesquisa. Ele usou seu conhecimento de materiais de carbono, isolantes de Mott e férmions de Majorana para resolver alguns dos problemas fundamentais.
Por exemplo, ele sobrepôs um isolante topológico de férmion de Majorana com um supercondutor de largura de um único átomo. Isso não afetou a estabilidade dos férmions de Majorana.
Usando um material de fase topológica especial, os átomos subatômicos podiam ser protegidos da interferência.
Basicamente, os qubits formados não seriam corrompidos devido a alguma interferência pequena e local. Era muito mais estável do que os qubits gerais, permitindo que os computadores quânticos calculassem as respostas desejadas de forma mais precisa e eficiente.
Isso economizou para Lu Zhou pelo menos 100.000 pontos gerais.
Assim, ele poderia usar seus pontos gerais em problemas mais difíceis.
Essa era uma das razões pelas quais "conhecimento é poder".
Após concluir cuidadosamente a última etapa do experimento, Lu Zhou colocou uma camada de uma folha de grafeno translúcida no molde de circuito que ele preparou previamente.
Ele tinha um sorriso sincero no rosto, como se estivesse olhando para uma obra de arte.
"Todos os testes de desempenho atendem às nossas expectativas.
"Isso é perfeito!
"Como esperado, o férmion de Majorana é a melhor escolha para computação quântica!"
Tudo o que restava era testar se os 20.000 pontos gerais que ele gastou valeram a pena.
Quando Lu Zhou estava prestes a pressionar o botão liga/desliga, seu coração quase batia para fora do peito.
No segundo em que ele pressionou o botão, o chip de computador tipo filme começou a executar o script predefinido. O sinal foi processado pelo circuito lógico e então transmitido para o visor. Em breve, uma linha de caracteres foi apresentada no visor.
[Olá, mundo.]
Quando Lu Zhou viu os caracteres na tela, ele apertou os punhos e quase pulou da cadeira.
"Sim!"
Lu Zhou ficou surpreso com sua própria reação. Ele rapidamente começou a verificar as condições operacionais da máquina.
Depois de ver o chip de computador "tipo filme" funcionando de forma estável e permanecendo impassível ao colapso do emaranhamento de qubit, Lu Zhou finalmente teve um sorriso confiante em seu rosto.
Parece que desta vez…
Nós conseguimos!