Processamento de imagens aplicado ao estudo de gases quânticos degenerados

Paulo Cesar Ventura, Sérgio Ricardo Muniz

Sérgio Ricardo Muniz

Neste trabalho nós apresentamos detalhadamente todo o desenvolvimento experimental realizado em São Carlos para produção e estudo de gases quânticos, visando principalmente à produção do condensado de Bose-Einstein em átomos de Na-23. Para isso projetamos, construímos e integramos todo um complexo sistema experimental que reúne a maioria das técnicas desenvolvidas na área de átomos frios nas últimas décadas: desaceleração de feixes atômicos, aprisionamento magnético e magneto-óptico de átomos neutros, resfriamento sub-Doppler, resfriamento evaporativo induzido por radiofreqüência, manipulação de altos campos magnéticos e o processamento de imagens de amostras próximas do zero absoluto. Com isso realizamos o primeiro e mais importante passo, também o mais difícil, do nosso projeto de estudo de gases quânticos, que foi o desenvolvimento e operacionalização de todo o aparato experimental. Ainda assim, este trabalho não se resume apenas ao desenvolvimento de instrumentação, pois ao longo do caminho também fizemos contribuições cientificas originais e importantes para o desenvolvimento da área de átomos frios, como um todo. Essas contribuições resultaram em várias publicações que estão anexadas no apêndice III, mas não constituem o foco deste trabalho, cujo principal objetivo é o estudo de gases quânticos macroscopicamente degenerados.

Sérgio Ricardo Muniz

Neste trabalho nós apresentamos detalhadamente todo o desenvolvimento experimental realizado em São Carlos para produção e estudo de gases quânticos, visando principalmente à produção do condensado de Bose-Einstein em átomos de Na-23. Para isso projetamos, construímos e integramos todo um complexo sistema experimental que reúne a maioria das técnicas desenvolvidas na área de átomos frios nas últimas décadas: desaceleração de feixes atômicos, aprisionamento magnético e magneto-óptico de átomos neutros, resfriamento sub-Doppler, resfriamento evaporativo induzido por radiofreqüência, manipulação de altos campos magnéticos e o processamento de imagens de amostras próximas do zero absoluto. Com isso realizamos o primeiro e mais importante passo, também o mais difícil, do nosso projeto de estudo de gases quânticos, que foi o desenvolvimento e operacionalização de todo o aparato experimental. Ainda assim, este trabalho não se resume apenas ao desenvolvimento de instrumentação, pois ao longo do caminho também fizemos contribuições cientificas originais e importantes para o desenvolvimento da área de átomos frios, como um todo. Essas contribuições resultaram em várias publicações que estão anexadas no apêndice III, mas não constituem o foco deste trabalho, cujo principal objetivo é o estudo de gases quânticos macroscopicamente degenerados.

R Habesch, Vanderlei Salvador Bagnato, F M M Ribeiro

Alvaro S. de Sousa

Matheus Teixeira

O aprendizado de máquina quântico tem sido tratado como uma abordagem promissora para diversas áreas, entre elas a saúde biomédica e digital.No entanto, as evidências empíricas que sustentam sua aplicação nesses campos ainda permanecem limitadas e geralmente restritas a estudos em simuladores.Para tratar essas questões, este trabalho propõe a combinação de uma revisão sistemática com um estudo de caso empírico, de modo a servir como base para pesquisas futuras.Uma revisão sistemática alinhada ao PRISMA é conduzida sobre estudos de aprendizado de máquina quântico publicados entre 2018 e 2025, utilizando uma estrutura PICOC previamente definida, triagem em etapas e avaliação quantitativa de qualidade para avaliar configurações de execução, características dos conjuntos de dados, protocolos de validação, baselines clássicos e reprodutibilidade.Como resultado, um estudo de caso empírico é proposto para a classificação de câncer de mama a partir de imagens histopatológicas do conjunto BreakHis.O estudo de caso emprega um pipeline híbrido com extração e compressão clássica de características seguida por uma máquina de vetores de suporte quântica e com avaliação utilizando as seguintes métricas: acurácia, acurácia balanceada, precisão, recall, especificidade, F1-score, coeficiente de correlação de Matthews e AUC-ROC.No teste prático utilizando simulador, a máquina de vetores de suporte quântica alcançou 80,00% de acurácia, 78,03% de acurácia balanceada, 90,51% de precisão, 81,96% de recall, 74,09% de especificidade, 86,02% de F1-score, 51,96% de coeficiente de correlação de Matthews e 80,38% de AUC-ROC.Além disso, um teste reduzido em hardware IBM Quantum foi realizado no ibm_fez, com 80 imagens de treino, 80 imagens de teste, 128 shots por circuito, 9.562 circuitos e 1.223.936circuit-shots, demonstrando a executabilidade do kernel quântico de um qubit e permitindo quantificar seus desvios em relação ao kernel analítico.Em conjunto, a revisão e o estudo de caso estabelecem um mapa de evidências alinhado ao PRISMA e um protocolo experimental controlado para apoiar pesquisas futuras mais comparáveis em aprendizado de máquina quântico aplicado à saúde sob as limitações dos dispositivos quânticos ruidosos de escala intermediária, sem caracterizar vantagem quântica.