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Criado primeiro simulador quântico

Físicos austríacos construíram aquele que parece ser o primeiro simulador quântico prático, uma ferramenta longamente sonhada pelos cientistas que estudam os blocos básicos que formam a matéria

Estudo dos fenômenos quânticos

Incontáveis fenômenos se baseiam na natureza da física quântica: a estrutura dos átomos e das moléculas, as reações químicas, as propriedades dos materiais, o magnetismo e, possivelmente, também alguns processos biológicos.

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Como a complexidade dos fenômenos quânticos aumenta exponencialmente quando se aumenta o número de partículas envolvidas, o estudo detalhado desses sistemas complexos atinge limites práticos muito rapidamente.

Os computadores atuais simplesmente não conseguem lidar com a quantidade de cálculos necessários para simular esses fenômenos.

Para superar essas dificuldades, os físicos vêm trabalhando no desenvolvimento de simuladores quânticos em várias plataformas - átomos neutros, íons ou sistemas de estado sólido.

Simuladores quânticos

Com os simuladores quânticos, os estudos poderão ser feitos experimentalmente em laboratório, onde o próprio arranjo quântico se encarregará de resolver as complexidades inerentes ao seu funcionamento.

Como se espera que aconteça nos computadores quânticos do futuro, esses simuladores utilizam a estranha natureza da física quântica para controlar essa complexidade.

O grande desafio é isolar o simulador quântico da natureza ao seu redor.

Os distúrbios induzidos pelo ambiente provocam perda de informações nos sistemas quânticos e destroem efeitos importantes, como o entrelaçamento e a coerência.

Sistema quântico aberto

O grupo austríaco agora desenvolveu o primeiro simulador quântico na forma de um sistema aberto.

Em vez de lutar contra os distúrbios ambientais, Julio Barreiro e seus colegas da Universidade de Innsbruck resolveram tirar proveito deles e construíram um simulador quântico que tira proveito de um acoplamento controlado com o ambiente.

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Eles utilizaram um íon adicional que interage com o sistema quântico e, ao mesmo tempo, estabelece um contato controlado com o ambiente, beneficiando-se de um mecanismo chamado dissipação.

"Nós controlamos não apenas todos os estados internos do sistema quântico composto por até quatro íons, como também sua ligação com o meio ambiente," explica Barreiro.

Esses íons são os mesmos qubits usados em experimentos da computação quântica, que poderá ter um novo impulso com o uso da nova ferramenta.

Amplificação dos efeitos quânticos

O resultado surpreendente é que, usando a dissipação, os pesquisadores são capazes não apenas de gerar, mas também de intensificar efeitos quânticos como o entrelaçamento.

Mesmo sendo um sistema pequeno, o simulador agora demonstrado poderá ser usado como elemento fundamental na construção de simuladores quânticos mais sofisticados, capazes de lidar com os problemas mais complexos da física quântica.

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Por exemplo, na preparação dos chamados estados de muitos corpos, que até hoje só podem ser criados e observados em sistemas quânticos muito bem isolados, no estudo da incipiente atomotrônica e na investigação de outros sistemas de dinâmica quântica virtualmente inalcançáveis pelos experimentos até agora.

Fonte: Site Inovação Tecnológica

Processadores com comunicação por luz

A IBM anunciou o desenvolvimento de uma nova tecnologia para a construção de processadores que integra componentes elétricos e ópticos na mesma pastilha de silício.

A tecnologia permite que os chips de computador comuniquem-se usando pulsos de luz em vez de sinais elétricos.

Processamento cerebral

Os novos processadores permitirão que se alcance a faixa dos exaflops - 1018 (1 milhão de trilhões) cálculos de ponto flutuante por segundo - uma velocidade mil vezes maior do que a alcançada pelos supercomputadores mais poderosos da atualidade, que acabam de superar a faixa dos petaflops.

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Segundo os pesquisadores da empresa, supercomputadores na faixa dos exaflops terão a mesma capacidade de "processamento" que o cérebro humano.

Fora do âmbito especulativo, o fato é que os novos processadores nanofotônicos poderão ser construídos em pastilhas de silício 10 vezes menores do que os atuais e consumirão muito menos energia ao trocar a eletricidade pela luz, permitindo que eles funcionem em clocks mais elevados.

A nova tecnologia é chamada CMOS Integrated Silicon Nanophotonics, o que significa que os chips que se comunicam por luz poderão ser fabricados usando os processos industriais atuais (CMOS) - os transistores de silício e os componentes nanofotônicos ficam na mesma pastilha.

"Nossa nanofotônica integrada CMOS promete um aumento sem precedentes na funcionalidade e no desempenho dos chips por meio de comunicações ópticas de baixa potência entre bastidores, módulos, processadores ou mesmo dentro de um único chip," disse o Dr. Yurii Vlasov, responsável pelo desenvolvimento, juntamente com seus colegas William Green e Solomon Assefa.

"O próximo passo nesse avanço é o desenvolvimento da manufatura deste processo em uma fábrica comercial, usando os processos CMOS," disse ele.

Integração de alta densidade

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A densidade de integração alcançada nos chips fotônicos é muito superior a qualquer outro já anunciado em tecnologias similares - um canal transceptor, com todos os circuitos elétricos e ópticos, ocupa 0,5 milímetro quadrado (mm2).

Segundo os pesquisadores, isso permitirá construir chips de 4 x 4 mm2, que poderão receber e transmitir dados na faixa dos terabits por segundo

Nanotransistores avançam Lei de Moore

Nanotransístor

Cientistas da Universidade Rice, nos Estados Unidos, criaram células de memória com apenas dois terminais, uma mudança radical em relação aos transistores usados, por exemplo, nas memórias flash.

Em termos estritos, as células de memória são nanofios - formados por cristais de silício puro - o que deverá permitir a fabricação de dispositivos de armazenamento 3-D ultraminiaturizados.

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Como são feitos apenas de óxido de silício, uma das substâncias mais comuns no planeta, os nanotransistores deverão ser facilmente fabricados com as técnicas da nanoeletrônica atual, prometendo estender os limites da miniaturização e da famosa Lei de Moore.

Transístor de dois terminais

No ano passado, a equipe do professor James Tour descobriu um processo capaz de substituir a dopagem na eletrônica usando uma camada superficial de carbono. A dopagem - a mistura de átomos de outros elementos ao silício - é um processo delicado e caro. Na época, eles não conseguiram entender exatamente porque a combinação funcionava tão bem.

Agora os cientistas descobriram que nem mesmo precisam do carbono para fazer um bit de memória confiável, rápido e muito pequeno.

A ideia foi de Jun Yao, membro da equipe de Tour. Ele fez um sanduíche, colocando uma camada de óxido de silício, que é um isolante, entre duas folhas de silício policristalino, que é um semicondutor. As duas pontas do silício policristalino funcionam como os eletrodos superior e inferior do componente.

Quando uma carga é aplicada aos eletrodos, átomos de oxigênio são arrancados do óxido de silício, formando uma cadeia de nanocristais de silício puro, o que cria uma rota de condução elétrica.

Uma vez formada, essa cadeia de nanocristais pode ser "quebrada" e reconectada com a aplicação de um pulso elétrico de tensão diferente - ou seja, o transístor liga e desliga com a variação da tensão aplicada aos seus dois terminais, enquanto em um transístor comum esse ligar e desligar é feito através da aplicação e do corte da energia em seu terceiro terminal.

Memória 3-D

Os "nanofios de silício" têm dimensões ao redor dos 5 nanômetros, várias vezes menores do que os transistores usados nos processadores mais avançados - e cerca de metade da dimensão que se acredita ser fisicamente possível de se atingir com um transistor de silício baseado na dopagem tradicional.

A velocidade de chaveamento - o tempo para ligar e desligar o nanotransístor - é muito elevada, ao redor dos 100 nanossegundos.

"A beleza do componente é a sua simplicidade," afirmou Tour. Segundo ele, essa simplicidade será fundamental para a escalabilidade da tecnologia, levando-a à indústria.

As "chaves" de óxido de silício - que funcionam como células de memória, armazenando 0s ou 1s - requerem apenas dois terminais, e não três, como nos transistores comuns porque o processo físico que ocorre no componente não exige que ele mantenha uma carga elétrica constante.

Isso também significa que camadas dessas futuras memórias de óxido de silício poderão ser montadas na forma de matrizes tridimensionais, de grande capacidade.

As memórias de óxido de silício são compatíveis com a tecnologia convencional de fabricação dos transistores, mais um facilitador para que elas saiam do laboratório em direção à indústria.

"Os fabricantes sentem que precisam ir abaixo dos 10 nanômetros. As memórias flash estão se aproximando de uma barreira ao redor dos 20 nanômetros. Mas como podemos superar isso? Bem, a nossa técnica é perfeita para circuitos abaixo dos 10 nanômetros," afirma Tour.

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Outra grande vantagem dos transistores de óxido de silício é que eles são resistentes à radiação, o que os torna extremamente atrativos para aplicações aeroespaciais.

"Isto é que é fazer pesquisa"

Jun Yao teve dificuldades em convencer seus colegas de que o óxido de silício sozinho poderia formar um circuito.

"Outros membros do grupo não acreditavam nele", reconhece Tour, acrescentando que ninguém reconhecia o potencial do óxido de silício, ainda que ele seja "o material mais estudado da história da humanidade."

"Foi um momento realmente muito difícil para mim, porque as pessoas não acreditavam nisso," conta Yao.

"Isto é que é fazer pesquisa", se anima Yao. "Se você propõe algo e todos acenam positivamente a cabeça, então provavelmente não é algo tão significativo. Mas se você propõe uma coisa e todo mundo balança negativamente a cabeça, aí você consegue prová-lo, então pode ser algo realmente grande."

A empresa de desenvolvimento de circuitos PrivaTran já está testando um chip com 1.000 células de memória de óxido de silício, construído em colaboração com o laboratório de Tour.

SOBRE NÓS

A Mendes Internet é uma empresa que atua no mercado mineiro a mais de 17 anos, desenvolvemos projetos de criação de sites em Belo Horizonte e para todo o Brasil com base em cálculos e pesquisas com a concorrência de nossos clientes, visando planejar a melhor estratégia para construir a sua página e deixar sua empresa à frente de sua concorrência.

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