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Um novo estudo teórico fornece uma estrutura para entender a não localidade, um recurso que as redes quânticas devem possuir para realizar operações inacessíveis à tecnologia de comunicação padrão. Ao esclarecer o conceito, os pesquisadores determinaram as condições necessárias para criar sistemas com fortes correlações quânticas.
O estudo, publicado na Cartas de Revisão Física, adapta técnicas da teoria da computação quântica para criar um novo esquema de classificação para a não localidade quântica. Isso não apenas permitiu que os pesquisadores unificassem estudos anteriores do conceito em uma estrutura comum, mas facilitou a prova de que sistemas quânticos em rede só podem exibir não-localidade se possuírem um conjunto específico de recursos quânticos.
“Superficialmente, a computação quântica e a não localidade em redes quânticas são coisas diferentes, mas nosso estudo mostra que, de certa forma, são dois lados da mesma moeda”, disse Eric Chitambar, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e líder do projeto. “Em particular, eles exigem o mesmo conjunto fundamental de operações quânticas para produzir efeitos que não podem ser replicados com a tecnologia clássica”.
A não localidade é uma consequência do emaranhamento, no qual objetos quânticos experimentam conexões fortes mesmo quando separados por grandes distâncias físicas. Quando objetos emaranhados são usados para realizar operações quânticas, os resultados exibem correlações estatísticas que não podem ser explicadas por meios não quânticos. Tais correlações são ditas não locais. Uma rede quântica deve possuir um grau de não localidade para garantir que possa executar funções verdadeiramente quânticas, mas o fenômeno ainda é pouco compreendido.
Para facilitar o estudo da não localidade, Chitambar e a estudante de graduação em física Amanda Gatto Lamas aplicaram o formalismo da teoria quântica de recursos. Ao tratar a não localidade como um “recurso” a ser gerenciado, a estrutura dos pesquisadores permitiu que eles vissem estudos anteriores de não localidade como instâncias separadas do mesmo conceito, apenas com diferentes restrições na disponibilidade do recurso. Isso facilitou a prova de seu principal resultado, que a não localidade só pode ser alcançada com um conjunto limitado de operações quânticas.
“Nosso resultado é o análogo da rede quântica a um importante resultado da computação quântica chamado teorema de Gottesman-Knill”, explicou Gatto Lamas. “Enquanto Gottesman-Knill define claramente o que um computador quântico deve fazer para superar um clássico, mostramos que uma rede quântica deve ser construída com um conjunto particular de operações para fazer coisas que uma rede de comunicação padrão não pode”.
Chitambar acredita que a estrutura não só será útil para desenvolver critérios para avaliar a qualidade de uma rede quântica com base no grau de não localidade que ela possui, mas também pode ser usada para expandir o conceito de não localidade.
“No momento, há um entendimento relativamente bom do tipo de não-localidade que pode surgir entre duas partes”, disse ele. “No entanto, pode-se imaginar para uma rede quântica composta por muitas partes conectadas que pode haver algum tipo de propriedade global que você não pode reduzir a pares individuais na rede. Tal propriedade pode depender intimamente da estrutura geral da rede.”
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