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Uma equipe de físicos iluminou certas propriedades dos sistemas quânticos observando como suas flutuações se espalham ao longo do tempo. A pesquisa oferece uma compreensão intrincada de um fenômeno complexo que é fundamental para a computação quântica – um método que pode realizar certos cálculos de forma significativamente mais eficiente do que a computação convencional.
“Em uma era de computação quântica, é vital gerar uma caracterização precisa dos sistemas que estamos construindo”, explica Dries Sels, professor assistente do Departamento de Física da Universidade de Nova York e autor do artigo publicado na revista. física da natureza. “Este trabalho reconstrói o estado completo de um líquido quântico, consistente com as previsões de uma teoria quântica de campos – semelhante àquelas que descrevem as partículas fundamentais do nosso universo”.
Sels acrescenta que o avanço oferece promessas de avanço tecnológico.
“A computação quântica depende da capacidade de gerar emaranhamento entre diferentes subsistemas, e é exatamente isso que podemos investigar com nosso método”, observa ele. “A capacidade de fazer uma caracterização tão precisa também pode levar a melhores sensores quânticos – outra área de aplicação das tecnologias quânticas”.
A equipe de pesquisa, que incluía cientistas da Universidade de Tecnologia de Viena, ETH Zurich, Universidade Livre de Berlim e do Instituto Max-Planck de Óptica Quântica, realizou uma tomografia de um sistema quântico – a reconstrução de um estado quântico específico com o objetivo de buscar evidências experimentais de uma teoria.
O sistema quântico estudado consistia em átomos ultrafrios – átomos de movimento lento que tornam o movimento mais fácil de analisar devido à sua temperatura próxima de zero – presos em um chip atômico.
Em seu trabalho, os cientistas criaram duas “cópias” desse sistema quântico – nuvens de átomos em forma de charuto que evoluem ao longo do tempo sem se influenciarem. Em diferentes estágios desse processo, a equipe realizou uma série de experimentos que revelaram as correlações das duas cópias.
“Ao construir todo um histórico dessas correlações, podemos inferir qual é o estado quântico inicial do sistema e extrair suas propriedades”, explica Sels. “Inicialmente, temos um líquido quântico fortemente acoplado, que dividimos em dois para que evolua como dois líquidos independentes, e então o recombinamos para revelar as ondulações que estão no líquido.
“É como observar as ondulações em um lago depois de jogar uma pedra nele e inferir as propriedades da rocha, como tamanho, forma e peso.”
Esta pesquisa foi apoiada por doações do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-21-1-0236) e do Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA (W911NF-20-1-0163), bem como do Austrian Science Fund (FWF) e do Fundação Alemã de Pesquisa e Pesquisa (DRG).
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