.
Pesquisadores descobriram uma maneira de prever o comportamento de sistemas quânticos de muitos corpos acoplados ao seu ambiente. O trabalho representa uma forma de proteger a informação quântica em dispositivos quânticos, o que é crucial para aplicações reais da tecnologia quântica.
Em um estudo publicado em Cartas de revisão física, pesquisadores da Aalto University, na Finlândia, e da IAS Tsinghua University, na China, relatam uma nova maneira de prever como os sistemas quânticos, como grupos de partículas, se comportam quando estão conectados ao ambiente externo. Normalmente, conectar um sistema como um computador quântico ao seu ambiente cria descoerência e vazamentos, que arruínam qualquer informação sobre o que está acontecendo dentro do sistema. Agora, os pesquisadores desenvolveram uma técnica que transforma esse problema em sua solução.
A pesquisa foi realizada pelo pesquisador de doutorado da Aalto, Guangze Chen, sob a supervisão do professor Jose Lado e em colaboração com Fei Song da IAS Tsinghua. Sua abordagem combina técnicas de dois domínios, física quântica de muitos corpos e física quântica não-hermitiana.
Proteção contra decoerência e vazamentos
Um dos fenômenos mais intrigantes e poderosos em sistemas quânticos são as correlações quânticas de muitos corpos. Compreendê-los e prever seu comportamento é vital porque sustentam as propriedades exóticas de componentes-chave de computadores quânticos e sensores quânticos. Embora muito progresso tenha sido feito na previsão de correlações quânticas quando a matéria é isolada de seu ambiente, fazê-lo quando a matéria é acoplada ao seu ambiente até agora iludiu os cientistas.
No novo estudo, a equipe mostrou que conectar um dispositivo quântico a um sistema externo pode ser uma força nas circunstâncias certas. Quando um dispositivo quântico é hospedado na chamada topologia não-hermitiana, ele leva a excitações quânticas robustamente protegidas cuja resiliência decorre do próprio fato de serem abertas ao ambiente. Esses tipos de sistemas quânticos abertos podem potencialmente levar a novas estratégias disruptivas para tecnologias quânticas que aproveitam o acoplamento externo para proteger as informações de decoerência e vazamentos.
Das condições idealizadas ao mundo real
O estudo estabelece um novo método teórico para calcular as correlações entre partículas quânticas quando acopladas ao seu ambiente. ‘O método que desenvolvemos nos permite resolver problemas quânticos correlacionados que apresentam dissipação e interações quânticas de muitos corpos simultaneamente. Como prova de conceito, demonstramos a metodologia para sistemas com 24 qubits interativos apresentando excitações topológicas’, diz Chen.
O professor Lado explica que sua abordagem ajudará a mover a pesquisa quântica de condições idealizadas para aplicações no mundo real. ‘Prever o comportamento da matéria quântica correlacionada é um dos problemas críticos para o projeto teórico de materiais e dispositivos quânticos. No entanto, a dificuldade desse problema torna-se muito maior quando se considera situações realistas em que sistemas quânticos são acoplados a um ambiente externo. Nossos resultados representam um passo à frente na solução desse problema, fornecendo uma metodologia para entender e prever materiais e dispositivos quânticos em condições realistas em tecnologias quânticas”, diz ele.
.
