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Nuevos hallazgos de investigación podrían acelerar la tecnología cuántica

Las tecnologías cuánticas se pueden aplicar en una amplia variedad de campos: computadoras, sensores, sistemas de modelado criptográfico y procesamiento de imágenes. Pero el obstáculo es la necesidad de lograr la fiabilidad adecuada en términos de control de estado a nivel de átomos y fotones, informa Phys.org . Un proceso adiabático se usa a menudo para preparar un sistema cuántico para el trabajo , pero debido a su duración y ruido ambiental, el sistema a menudo "pierde su estado cuántico".

Para acelerar la preparación y minimizar la decoherencia, los físicos han desarrollado la llamada "reducción adiabática" (STA), que es aplicable a cualquier proceso de transición a un estado cuántico. La transición en sí es mucho más rápida que cuando se aplica el proceso adiabático clásico sin perder sus cualidades y propiedades. Este enfoque se desarrolló originalmente para sistemas simples que consisten en una sola partícula, pero recientemente se ha extendido a sistemas de muchos cuerpos que han aplicado aplicaciones. Sin embargo, el uso de STA en sistemas grandes sigue siendo problemático debido a la complejidad de la estructura de este último.

En un nuevo informe publicado en la revista Physical Review Letters, el físico Steve Campbell de la Queen's University de Belfast y sus colegas de la Universidad de Palermo y la Universidad Nacional de Singapur desarrollaron un nuevo método híbrido para obtener estados cuánticos para sistemas que involucran muchos cuerpos. Consiste en el uso optimizado de STA. La principal ventaja del nuevo método es que permite lograr un rendimiento STA casi perfecto, lo que simplifica enormemente la producción de estados cuánticos y, al mismo tiempo, no requiere una comprensión completa de todos los mecanismos y procesos. Los científicos pudieron demostrar un costo bastante bajo de lograr estados cuánticos, junto con una alta velocidad, lo que aumenta el atractivo de STA.

"Nuestro trabajo muestra que la solución al problema de muchos cuerpos cuánticosLa clase LMG existe. Este problema ha atraído mucha atención de varias comunidades físicas que estudian los estados cuánticos de los cuerpos ", dijo Campbell. "En el curso de nuestro trabajo, nos guiamos por el principio de" Conozca a su enemigo a la vista ": este es un enfoque en el que utilizamos problemas simétricos, cuya solución nos permitirá crear un sistema eficaz de reducción cuántica"

Como explican los investigadores, su desarrollo, la reducción cuántica, se puede comparar con el conductor que encuentra la forma más corta de trabajar. "En pocas palabras, nuestro trabajo puede explicarse incluso al lego con la ayuda de analogías comprensibles", dijo Campbell. "Suponga que quiere ir de su oficina al trabajo en automóvil, pero no quiere pararse en un atasco en una carretera el lunes por la mañana. Indudablemente, llegará a su lugar de trabajo y comenzará sus tareas, pero perderá mucho tiempo y esto probablemente significa que tendrá tiempo para hacer solo la mitad del plan por la mañana.

Al final, decides cortar el camino a lo largo de la carretera de peaje. Sí, pagará un poco, pero podrá llegar a su lugar de trabajo a tiempo y pasar mucho menos tiempo: tendrá tiempo para hacer todos sus negocios, su jefe estará feliz, recibirá un aumento de salario y, al final, los gastos en los que incurrió para el pago de la carretera ya no importa ".

Si proyecta esta situación, donde su automóvil se convierte en un sistema cuántico en un estado preparado (es decir, está ubicado en el punto de partida de su hogar) en el mundo cuántico, aún tiene dos opciones: pararse indefinidamente en el tráfico en una carretera en el flujo general o cortar el camino con la contracción cuántica. Desde el punto de vista de la energía gastada, esto le costará un poco, pero le permitirá darse cuenta de lo que quiere muchas veces más rápido.

Para la situación descrita con una sola persona, la descripción de este problema es similar a la situación de un sistema de un cuerpo. Pero Campbell señaló que al agregar más "pasajeros" a la corriente, la situación se está volviendo cada vez más complicada. Aquí es donde surge el problema para un sistema de muchos cuerpos.

“Ahora debe hacer lo mismo con sus compañeros de trabajo. Todos salen de sus hogares al mismo tiempo, todos van a la oficina y todos enfrentan los mismos problemas que usted ", dijo Campbell. “En tales situaciones llamamos la tarea para muchos cuerpos. Este es un problema grave y muy difícil, porque todos los que "salen de la oficina" deben ser "persuadidos para que paguen el peaje". Es difícil en el mundo real, y ahora imagina lo problemático que es en la escala del mundo cuántico. Hasta ahora, el método de reducción cuántica, conocido como STA, resuelve el problema de un solo objeto, pero sabemos muy poco acerca de cuántos de ellos funcionan ".

Los investigadores han demostrado que el método de reducción cuántica (STA) puede funcionar para sistemas de múltiples cuerpos y potencialmente tiene una gran variedad de aplicaciones. En su opinión, los estados ahora deberían prepararse para la introducción de sistemas cuánticos en el futuro. Los científicos planean continuar la investigación e identificar el verdadero costo de la "carretera de peaje", es decir, comprender cuánta energía se necesita para usar STA en un sistema de múltiples cuerpos. También planean dar los primeros pasos hacia la creación de un motor cuántico usando STA, en el cual los sistemas de múltiples cuerpos implementarán algunos ciclos termodinámicos previamente inaccesibles.

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