Rival dos computadores quânticos tem avanço revolucionário

Inform?tica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/03/2025

Computa??o magn?tica

Pesquisadores suecos descobriram como usar uma propriedade do el?tron, at? agora largamente inexplorada, para criar um novo tipo de computador que pode rivalizar com os computadores qu?nticos, e at? com algumas vantagens.

Esse novo tipo de computador, mais conhecido como "m?quina de Ising", consegue resolver problemas intrat?veis para os computadores eletr?nicos atuais, incluindo os supercomputadores, mas supera os computadores qu?nticos em v?rios quesitos porque consome muito pouca energia e funciona ? temperatura ambiente.

Computadores qu?nticos e m?quinas de Ising s?o ?teis para resolver os chamados problemas de otimiza??o combinat?ria, onde o objetivo ? produzir o melhor palpite - em contraposi??o a uma resposta exata - para a solu??o de um problema. Muitos modelos de intelig?ncia artificial (IA) t?m como objetivo produzir palpites que s? precisam ser bons o suficiente. Nos computadores digitais de hoje, contudo, esses c?lculos tipicamente anal?gicos exigem muito poder de computa??o e, portanto, consomem muita energia.

Uma m?quina de Ising funciona como uma rede reprogram?vel de ?m?s artificiais, na qual cada ?m? aponta apenas para cima ou para baixo, ou norte e sul, como um sistema magn?tico de verdade. Usar isto para fazer computa??o exige que as conex?es entre a rede de ?m?s seja programada para representar o problema em quest?o, e a solu??o pode ser derivada do estado final da m?quina, conforme seus componentes se encaminham naturalmente para o estado de mais baixa energia.

N?o ? um computador qu?ntico de pleno direito, mas um simulador qu?ntico. Mas esse princ?pio de funcionamento, conhecido como "recozimento qu?ntico", pode ser usado para modelar problemas de otimiza??o combinat?ria de modo que o estado final dos spins produza a solu??o ?tima. O computador qu?ntico D-Wave funciona usando esse princ?pio, bem como algumas arquiteturas alternativas de processadores ainda em escala de laborat?rio.

Computador de Ising

Enquanto os computadores atuais exploram a carga dos el?trons, componentes de ponta, feitos com a tecnologia da spintr?nica, exploram a natureza magn?tica decorrente do giro de cada el?tron, ou spin.

Isso ? feito em camadas nanom?tricas de materiais magn?ticos que s?o expostos a campos magn?ticos, correntes e tens?es el?tricas. E esses est?mulos externos tamb?m podem criar ondas de spin, ondula??es na magnetiza??o de um material que viajam com uma fase e energia espec?ficas - essas ondas podem ser vistas como quasipart?culas, chamadas magnons.

Os pesquisadores conseguiram gerar e controlar as ondas de spin, permitindo uma sincroniza??o m?tua controlada por fase entre dois nano-osciladores. Ao controlar a fase dessas ondas, ? poss?vel gerar fases bin?rias na rede.

Com isto, pela primeira vez, eles demonstraram que as ondas de spin podem trafegar tanto em fase quanto fora de fase entre os osciladores. Esse mecanismo pode ser controlado com precis?o ajustando o campo magn?tico, a corrente el?trica, a tens?o da porta ou a dist?ncia entre os osciladores.

De posse de seus "transistores spintr?nicos", a equipe agora est? construindo redes de centenas de milhares de osciladores para desenvolver a pr?xima gera??o de m?quinas de Ising. Como os osciladores operam em temperatura ambiente e t?m dimens?es em nanoescala, esses componentes poder?o ser adaptados tanto a sistemas maiores, como grandes computadores, quanto a dispositivos menores, como um telefone celular.

"Com a ajuda das ondas de spin, estamos mais perto de criar sistemas de computa??o altamente eficientes e de baixo consumo de energia que podem resolver problemas do mundo real," diz Akash Kumar, da Universidade de Gotemburgo.

Como funciona uma m?quina de Ising?

A m?quina de Ising deve seu nome ao f?sico alem?o Ernst Ising (1900-1998), que idealizou o modelo matem?tico do magnetismo, conhecido como modelo de Ising.

Um computador de Ising imita como os spins magn?ticos em um material f?sico se organizam para atingir um estado est?vel. Ele pode ser usado principalmente para resolver problemas complexos de otimiza??o de forma eficiente: Em vez de calcular passo a passo, como nos algoritmos que rodam nos computadores eletr?nicos, os spins do sistema trabalham juntos para encontrar rapidamente a melhor solu??o.

A m?quina de Ising ? programada pela for?a das conex?es entre os diferentes spins. Se o acoplamento for positivo, os spins apontar?o na mesma dire??o (em fase), e, se for negativo, eles apontar?o na dire??o oposta (fora de fase). A solu??o para o problema ? ent?o lida como a dire??o final de todos os diferentes spins depois que eles foram alinhados de forma ideal.

Como ? um sistema qu?ntico seguindo naturalmente as leis da mec?nica qu?ntica, a solu??o sai muito r?pido, muito diferente das incont?veis itera??es em um programa comum. Al?m disso, a m?quina de Ising pode ser usada para simular um sistema qu?ntico real, como o comportamento das part?culas ditando as propriedades de um material, quando ent?o ele funciona como um simulador qu?ntico.

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