Ao combinar o controle digital com simulações analógicas, cientistas criaram um novo e poderoso simulador quântico que supera as limitações tradicionais. Esse sistema híbrido permite a manipulação precisa de estados quânticos enquanto modela naturalmente fenômenos físicos do mundo real, possibilitando avanços em áreas como magnetismo, supercondutores e até astrofísica.

Avanço na simulação quântica

Físicos que trabalham no laboratório da Google desenvolveram um novo tipo de simulador quântico digital-analógico, capaz de estudar processos físicos complexos com precisão e adaptabilidade sem precedentes. Dois pesquisadores do Centro de Computação Científica, Teoria e Dados do PSI (Paul Scherrer Institut) desempenharam um papel crucial nesse avanço.

Considere o simples ato de derramar leite frio em café quente — como ele se espalha e mistura? Até os supercomputadores mais avançados enfrentam dificuldades para modelar esse processo com alta precisão, pois a mecânica quântica subjacente é incrivelmente complexa.

Em 1982, o físico ganhador do Prêmio Nobel Richard Feynman propôs uma alternativa: em vez de usar computadores clássicos, por que não construir computadores quânticos que possam simular diretamente processos físicos quânticos?

Agora, com rápidos avanços na computação quântica, a visão de Feynman está mais próxima do que nunca de se tornar realidade.

Um marco na computação quântica

Junto com pesquisadores do Google e universidades de cinco países, Andreas Läuchli e Andreas Elben, dois físicos teóricos do PSI, construíram e testaram com sucesso um novo tipo de simulador quântico digital-analógico.

Isso representa um marco porque seu simulador calcula processos físicos não apenas com precisão sem precedentes; seu conceito também é particularmente flexível, significando que pode ser aplicado a muitos problemas diferentes — desde física do estado sólido até astrofísica. Suas descobertas foram publicadas hoje na renomada revista científica Nature.

Combinando analógico e digital

Um aspecto-chave do novo processador quântico é que os 69 bits quânticos supercondutores (qubits) no chip quântico desenvolvido pelo Google permitem tanto modos de operação digitais quanto analógicos. Computadores quânticos digitais realizam suas operações usando portas quânticas universais, semelhantes às portas lógicas em computadores clássicos.

A diferença é que, graças à superposição quântica, os qubits podem assumir não apenas os estados 0 e 1, mas também uma multiplicidade de estados intermediários.

Embora esses computadores quânticos puramente digitais já sejam muito poderosos, seu potencial como simuladores quânticos ainda é limitado. Por outro lado, os simuladores quânticos analógicos dependem da simulação direta de processos físicos, modelando realisticamente as interações entre diferentes partículas, por exemplo, para estudar propriedades magnéticas em sólidos.

Essas duas abordagens — digital e analógica — foram combinadas com sucesso pela primeira vez em um experimento que reúne os pontos fortes de ambos os mundos.

Simulando processos físicos complexos

Para isso, os físicos definem condições iniciais discretas, como introduzir calor em um sólido — este é o modo digital. Isso permite que as condições iniciais sejam definidas de forma precisa e flexível. Na analogia com a xícara de café, por exemplo, seria como um bule despejando gotas de leite de maneira especificada e controlada em cem lugares diferentes, todos ao mesmo tempo. O processo subsequente pelo qual o leite se espalha no café corresponde ao modo analógico. A interação entre os qubits simula a dinâmica física, como a propagação de calor ou a formação de domínios magnéticos, conforme ocorre em sólidos reais.

“Podemos observar o simulador quântico enquanto ele alcança o equilíbrio térmico — ou, na analogia do café: o leite é distribuído no café e a temperatura é igualada no processo”, diz Andreas Elben, cientista tenure-track no PSI. “Nossa pesquisa demonstra que é possível criar processadores quânticos analógico-digitais supercondutores em um chip e que estes são adequados como simuladores quânticos”, aponta Andreas Läuchli.

Rumo a um simulador quântico universal

No entanto, a termalização — o processo de alcançar o equilíbrio térmico — é apenas uma das muitas questões fascinantes que podem ser respondidas usando o novo simulador quântico. O conceito demonstrado aqui pavimenta o caminho para um simulador quântico universal e será usado em uma ampla gama de áreas diferentes da física. Ele vai além das capacidades dos simuladores quânticos analógicos existentes, cada um dos quais é adequado apenas para um problema físico específico.

Um tópico que pode ser estudado dessa forma é o magnetismo, especialidade de Läuchli. Os qubits no chip quântico do Google estão dispostos no formato de um retângulo, e no estado inicial as direções de seus campos magnéticos alternam rigidamente.

Mas o que acontece se o chip for triangular? Isso pode perturbar o arranjo organizado porque os qubits não conseguem ajustar sua orientação magnética no padrão regular que adotam naturalmente.

Esse fenômeno é conhecido como magnetismo frustrado e é de interesse, por exemplo, em conexão com chips de computador que alternam e armazenam bits com base não na carga dos elétrons, mas em seus spins magnéticos. Isso leva a uma densidade de memória muito maior e a uma velocidade computacional mais alta.

Expansão de aplicações: de supercondutores a buracos negros

Novas aplicações estão surgindo no desenvolvimento de novos materiais, como supercondutores de alta temperatura, e até medicamentos que podem ser usados de forma mais precisa e causar menos efeitos colaterais.

Simuladores quânticos também são demandados na astrofísica. Um exemplo é o chamado paradoxo da informação, que afirma que nenhuma informação pode ser perdida na física quântica.

No entanto, astrofísicos acreditam que buracos negros de fato destroem informações sobre sua formação — novos tipos de simuladores quânticos podem esclarecer essa situação.

O futuro dos simuladores quânticos

“Nosso simulador quântico abre as portas para novas pesquisas”, promete Andreas Läuchli. Embora o projeto com o Google tenha chegado ao fim, muitas outras questões físicas aguardam ele e sua equipe no PSI.

No Quantum Computing Hub do ETHZ e do PSI e além, computadores quânticos e simuladores quânticos estão sendo desenvolvidos em várias plataformas tecnológicas, incluindo íons aprisionados, qubits supercondutores e átomos de Rydberg.

Esses sistemas em breve permitirão estudar questões empolgantes propostas pela física quântica no PSI.

As principais instituições do mundo em pesquisa de física de alto nível estão concentradas na China e na Europa, com a instituição mais bem classificada dos Estados Unidos aparecendo apenas na 13ª posição, de acordo com o mais recente Nature Index.

Um especialista baseado na China afirmou que essa mudança pode ter implicações de longo alcance para a liderança tecnológica dos EUA, já que a física é a base de grande parte da inovação moderna. No entanto, outro especialista destacou que os Estados Unidos ainda mantêm uma vantagem geral em descobertas científicas originais.

O Nature Index, mantido pela prestigiada revista científica de mesmo nome, classifica instituições de pesquisa com base em suas contribuições para artigos publicados nos mais influentes periódicos científicos do mundo. A lista mais recente foi elaborada a partir da produção científica entre novembro de 2023 e novembro de 2024.

A China dominou o ranking, com a Academia Chinesa de Ciências (CAS), a Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) e a Universidade de Tsinghua ocupando as três primeiras posições. Apenas duas instituições não chinesas entraram no top 10: a Sociedade Max Planck, da Alemanha, em 4º lugar, e o Centro Nacional de Pesquisa Científica da França, na 10ª posição.

As três principais instituições dos Estados Unidos – o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), a Universidade de Harvard e a Universidade Stanford – apareceram nas 13ª, 16ª e 20ª colocações, respectivamente. Em comparação, no índice de 2021, essas mesmas universidades americanas estavam entre as 10 primeiras, enquanto apenas duas instituições chinesas figuravam no ranking.

Medição da produção científica

O Nature Index avalia a produção científica com base em duas métricas: contagem e participação. Cada instituição recebe um ponto para cada artigo em que pelo menos um dos autores está afiliado a ela. Essa soma gera a pontuação de contagem.

Já a pontuação de participação divide o valor de um artigo entre todos os seus autores. Por exemplo, se um artigo tem 10 autores, cada um recebe um valor de participação de 0,1. A pontuação de uma instituição é obtida somando os valores de participação de seus pesquisadores.

No ranking mais recente, a Academia Chinesa de Ciências (CAS) lidera amplamente ambas as métricas, enquanto a Sociedade Max Planck é a única organização não chinesa entre as cinco primeiras.

No entanto, um físico da CAS alertou que, embora o índice seja um indicador relevante da força das instituições de pesquisa, ele possui limitações e deve ser analisado com cautela.

“O crescente número de artigos científicos de alta qualidade publicados por pesquisadores chineses em revistas de ponta reflete, até certo ponto, que a força da China em pesquisa em física está aumentando”, afirmou Chen Xiaolong, físico do Instituto de Física da CAS.

Mas, segundo ele, esse indicador não é absoluto. “A China ainda está atrás dos Estados Unidos no que diz respeito a pesquisas verdadeiramente inovadoras e revolucionárias, com algumas poucas exceções”, acrescentou.

Mudança no cenário da pesquisa global

Para Jin Xianchi, engenheiro especializado em instrumentação analítica e doutor em física pela Universidade da Academia Chinesa de Ciências (UCAS), vários fatores influenciam o ranking.

“Laboratórios chineses e europeus costumam ter equipes maiores, o que facilita a produção de mais artigos influentes”, explicou Jin. Além disso, ele observou que algumas pesquisas inovadoras podem ser rejeitadas inicialmente por revistas científicas, colocando certas instituições em desvantagem.

Jin também argumentou que os Estados Unidos vêm perdendo liderança em pesquisa científica desde a Segunda Guerra Mundial, incluindo na física. Segundo ele, isso ocorre por diversos motivos, entre eles a fuga de cérebros.

A física tem sido a base para grande parte dos avanços tecnológicos modernos. Durante o século XX e início do século XXI, os Estados Unidos foram o destino principal para pesquisa na área, conquistando quase 100 prêmios Nobel de física.

“A queda na produção científica ao longo do tempo certamente terá implicações para o futuro”, disse Jin.

Em 2018, um artigo da revista Forbes já alertava que os EUA corriam o risco de não atrair mais os melhores cientistas da área. Uma pesquisa da American Physical Society citada na matéria indicava uma queda inédita no número de candidaturas internacionais para doutorados em física nos Estados Unidos.

Nos últimos anos, diversos físicos chineses deixaram os EUA. Em janeiro de 2024, por exemplo, o renomado físico sino-americano Gao Huajian ingressou na Universidade de Tsinghua como professor titular. Mais recentemente, o físico computacional Chen Hudong, membro da Academia Nacional de Engenharia dos EUA, voltou para a China após mais de quatro décadas atuando na América.

Um relatório anual sobre tendências científicas globais, divulgado em novembro de 2024, indicou que a China retomou a liderança mundial em pesquisa em física, após ter sido superada pelos Estados Unidos em 2023.

Fonte: South China Morning Post, 8 de fevereiro de 2025.

A China deu um passo significativo à frente na corrida por comunicações a laser entre satélites e a Terra, superando a Starlink, de Elon Musk, com uma velocidade de transmissão de 100 gigabits por segundo — dez vezes mais rápida do que seu recorde anterior.

Esse marco foi alcançado pela Chang Guang Satellite Technology, responsável pela constelação Jilin-1, a maior rede comercial de satélites de sensoriamento remoto submétrico do mundo. De acordo com o South China Morning Post (SCMP), a transmissão ocorreu entre uma estação terrestre móvel montada em um caminhão e um dos 117 satélites da constelação Jilin-1 em órbita terrestre.

Ultrapassando a Starlink
“A Starlink de Musk apresentou um sistema de comunicação a laser entre satélites, mas ainda não implementou comunicações a laser entre satélites e a Terra”, explicou Wang Hanghang, chefe de tecnologia de estações terrestres de comunicação a laser da Chang Guang. “Já iniciamos uma implantação em larga escala e planejamos equipar todos os satélites Jilin-1 com unidades de comunicação a laser, com o objetivo de ter uma rede de 300 satélites até 2027.”

Estações terrestres móveis inovadoras
Os métodos tradicionais de transmissão de dados de satélites para a Terra estão se tornando ineficientes devido ao aumento do volume de informações capturadas. A solução da Chang Guang foi desenvolver um terminal de comunicação a laser compacto, do tamanho de uma mochila, capaz de transferir dados com alta velocidade tanto entre satélites quanto entre o espaço e a Terra.

Lançado a bordo do satélite Jilin-1 02A02 em junho de 2023, esse terminal representa um avanço significativo. A estação terrestre móvel montada em um veículo aumenta a confiabilidade, deslocando-se para evitar condições climáticas adversas. Além disso, outras estações receptoras serão instaladas em toda a China para aprimorar a eficiência na aquisição de imagens de sensoriamento remoto.

Superando desafios técnicos
Essa conquista não foi simples. Os engenheiros enfrentaram desafios como distúrbios atmosféricos, o rápido movimento dos satélites e a necessidade de um alinhamento preciso do laser. Esses obstáculos ilustram a complexidade de alcançar uma comunicação a laser confiável e em alta velocidade.

Avanços rápidos e aplicações futuras
Desde 2020, a Chang Guang tem avançado rapidamente na comunicação a laser. Em outubro de 2023, o sistema já havia alcançado uma taxa de transmissão de 10 Gbps do espaço para a Terra. Agora, o marco de 100 Gbps — equivalente à transmissão de dez filmes completos em apenas um segundo — consolida a posição da China como líder dessa tecnologia.

As implicações desse desenvolvimento são profundas. Infraestruturas melhoradas de satélites beneficiarão a navegação, o sensoriamento remoto e as futuras tecnologias de internet 6G. Ao resolver gargalos de comunicação existentes, os avanços da China em tecnologia a laser abrem caminho para uma nova era em capacidades espaciais.

Atualizado: 02 de janeiro de 2025, 05h36 EST
Mrigakshi Dixit, para o Interested Engineering.

Crescem relatos de que a gigante tecnológica chinesa Xiaomi projetou um chip de 3 nanômetros.

No domingo, surgiram notícias de que a Xiaomi havia criado o primeiro chip de 3 nanômetros da China para smartphones, um avanço que, se verdadeiro, seria um marco impressionante, já que especialistas acreditavam que a China estava a anos de alcançar tal tecnologia.

Tang Jianguo, economista-chefe do setor de alta tecnologia em Pequim, teria elogiado a Xiaomi por conseguir “taped out” o primeiro chip móvel de 3 nm do país. No entanto, a notícia, que foi divulgada pela emissora estatal Beijing Radio and Television Station (BRTV) e outros veículos, foi removida rapidamente sem explicações. O termo “tape-out” refere-se à fase final do processo de design antes da produção em massa dos chips.

Apesar da suposta conquista, a Xiaomi não comentou sobre o avanço. A empresa opera uma unidade interna de semicondutores que já desenvolveu diversos chips, como o chip móvel S1 e o sensor de imagem C1, combinando design próprio e chips importados.

O setor de chips avançados é palco de intensa rivalidade internacional, especialmente após o governo Biden impor fortes restrições às exportações de tecnologia de fabricação de chips para a China. Pequim investiu bilhões de dólares no setor, enquanto os EUA tentam limitar o acesso chinês a máquinas de litografia e chips avançados de aliados como Japão, Taiwan e Coreia do Sul.

Especialistas permanecem céticos sobre o suposto avanço, destacando que a Xiaomi, conhecida por sua vasta gama de produtos, incluindo veículos elétricos, só teria começado a contratar pessoal para a fabricação de chips no ano passado.

A Trendforce, no mês passado, chamou a atenção para rumores de avanços na fabricação de chips na China, com equipamentos DUV supostamente produzindo chips de até 8 nanômetros e empresas chinesas solicitando patentes para equipamentos EUV. No entanto, especialistas questionam essas alegações, afirmando que o rendimento de produção é o verdadeiro desafio.

Se confirmado, o chip de 3 nanômetros colocaria a Xiaomi perto dos níveis de fabricantes líderes mundiais, como a TSMC de Taiwan e a Samsung da Coreia do Sul. O desenvolvimento de um chip de 7 nanômetros pela Huawei no ano passado já havia causado alvoroço em Washington, preocupado com o acesso do exército chinês a tecnologias avançadas. Ao contrário da Huawei, que enfrenta sanções rigorosas dos EUA, a Xiaomi ainda tem acesso a chips de empresas como a Qualcomm, que se beneficiou do crescimento da demanda por smartphones chineses.

No entanto, essa relação pode ser reavaliada à medida que o avanço da Xiaomi desperta mais atenção e preocupação.

Com informações da Asia Financial.

A fotônica de silício é uma tecnologia que utiliza luz para transmitir dados em vez de sinais elétricos tradicionais, permitindo a transmissão de informações de forma muito mais rápida e eficiente. Isso ocorre porque os sinais ópticos podem transportar mais dados simultaneamente e percorrer distâncias maiores sem perda de qualidade, ao contrário dos sinais elétricos que são limitados pela resistência dos materiais e pela dissipação de calor. Esta inovação é crucial para superar as limitações físicas das tecnologias eletrônicas convencionais na fabricação de chips.

O Laboratório JFS – com sede em Wuhan, capital da província central de Hubei e um polo nacional de pesquisa em fotônica – conseguiu acender uma fonte de luz a laser integrada a um chip de silício, a primeira vez que isso foi realizado com sucesso na China, de acordo com uma postagem no blog publicada pelo laboratório na semana passada.

Essa conquista significa que a China preencheu “uma das poucas lacunas” em sua tecnologia de optoeletrônica, informou o jornal estatal People’s Daily na sexta-feira.

A fotônica de silício utiliza sinais ópticos, em vez de sinais elétricos, para transmissão. Ela visa resolver as limitações impostas pela tecnologia atual, já que a transmissão de sinais elétricos entre chips está se aproximando de seu limite físico, explicou o laboratório.

Criado em 2021 com um financiamento governamental de 8,2 bilhões de yuans (US$ 1,2 bilhão), o JFS é uma das principais instituições da China encarregadas de buscar avanços tecnológicos.

Grandes players da indústria global de semicondutores têm investido recursos no avanço da fotônica de silício, que é vista como o futuro para a fabricação de chips mais eficientes para processamento de dados e gráficos, bem como para inteligência artificial (IA). No entanto, empresas têm enfrentado desafios ao tentar traduzir descobertas científicas em produtos comerciais.

A Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, maior fabricante mundial de chips sob contrato, é uma das empresas que trabalha nessa tecnologia. Seu vice-presidente, Douglas Yu Chen-hua, disse no ano passado que um “bom sistema de integração de fotônica de silício” poderia resolver problemas críticos de eficiência energética e poder computacional na era da IA.

Esse desenvolvimento traria uma “mudança de paradigma” na indústria, afirmou ele.

Empresas norte-americanas como Nvidia e Intel, bem como a chinesa Huawei Technologies, também estão de olho nos avanços da fotônica de silício. O mercado global de chips de fotônica de silício deve atingir US$ 7,86 bilhões até 2030, um aumento em relação aos US$ 1,26 bilhão de 2022, de acordo com estimativas da SEMI, uma associação internacional da indústria de semicondutores.

A fotônica de silício pode representar uma oportunidade ainda maior na China, onde os controles de exportação dos EUA sobre tecnologias avançadas de fabricação de chips têm dificultado o desenvolvimento de semicondutores tradicionais.

Os chips de fotônica de silício podem ser produzidos domesticamente usando “materiais e equipamentos relativamente maduros” sem depender de máquinas de litografia ultravioleta extrema (EUV) de ponta, ao contrário dos chips elétricos, afirmou Sui Jun, presidente da startup de semicondutores Sintone, sediada em Pequim, à mídia local em 2022.

As máquinas EUV, necessárias para a fabricação de chips avançados, são consideradas o calcanhar de Aquiles da indústria de semicondutores da China, já que as empresas locais têm dificuldades para produzir essas ferramentas em larga escala. A empresa holandesa ASML, que detém um monopólio virtual sobre as máquinas EUV, parou de exportar o equipamento para a China em 2019.

A fotônica de silício pode se tornar “uma nova frente emergente na competição tecnológica entre os EUA e a China”, de acordo com um relatório publicado pelo think tank norte-americano Centre for Strategic and International Studies (CSIS) em janeiro.

“Enquanto os controles de exportação liderados pelos EUA provavelmente estão atrasando as capacidades da China na fabricação de chips tradicionais… [eles] também podem inadvertidamente incentivar a China a dedicar mais recursos a tecnologias emergentes que desempenharão um papel importante nos semicondutores de próxima geração”, escreveu Matthew Reynolds, ex-bolsista do programa de economia do CSIS, no relatório.

Com informações do Yahoo Finance and South China Morning Post.