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Novas descobertas de pesquisa podem acelerar a tecnologia quântica

As tecnologias quânticas podem ser aplicadas em uma ampla variedade de campos: computadores, sensores, sistemas de modelagem criptográfica e processamento de imagens. Mas o obstáculo é a necessidade de obter confiabilidade adequada em termos de controle de estado no nível de átomos e fótons, relata Phys.org . Um processo adiabático é frequentemente usado para preparar um sistema quântico para o trabalho , mas devido à sua duração e ruído ambiental, o sistema geralmente “perde seu estado quântico”.

Para acelerar a preparação e minimizar a decoerência, os físicos desenvolveram a chamada "redução adiabática" (STA), que é aplicável a qualquer processo de transição para um estado quântico. A transição em si é muito mais rápida do que quando se aplica o processo adiabático clássico sem perder suas qualidades e propriedades. Essa abordagem foi originalmente desenvolvida para sistemas simples que consistem em uma única partícula, mas foi recentemente estendida a sistemas de muitos corpos que aplicaram aplicativos. No entanto, o uso de STA em grandes sistemas ainda é problemático devido à complexidade da estrutura destes últimos.

Em um novo relatório publicado na revista Physical Review Letters, o físico Steve Campbell, da Queen's University of Belfast, e seus colegas da University of Palermo e National University of Singapore desenvolveram um novo método híbrido para obter estados quânticos para sistemas que envolvem muitos corpos. Consiste no uso otimizado do STA. A principal vantagem do novo método é que ele permite alcançar um desempenho STA quase perfeito, o que simplifica bastante a produção de estados quânticos e, ao mesmo tempo, não requer um entendimento completo de todos os mecanismos e processos. Os cientistas conseguiram demonstrar um custo bastante baixo para alcançar estados quânticos, juntamente com alta velocidade, o que aumenta a atratividade do STA.

“Nosso trabalho mostra que a solução para o problema de muitos corpos quânticosA classe LMG existe. Esse problema atraiu muita atenção de várias comunidades físicas, estudando os estados quânticos dos corpos ”, disse Campbell. “No decorrer de nosso trabalho, fomos guiados pelo princípio de“ Conheça seu inimigo pela visão ”- essa é uma abordagem na qual usamos problemas simétricos, cuja solução nos permitirá criar um sistema eficaz de redução quântica”

Como explicam os pesquisadores, seu desenvolvimento, a redução quântica, pode ser comparado ao motorista que encontra a maneira mais curta de trabalhar. "Em poucas palavras, nosso trabalho pode ser explicado até para o leigo com a ajuda de analogias compreensíveis", disse Campbell. "Suponha que você queira sair do seu escritório para trabalhar de carro, mas não quer parar no trânsito em uma rodovia na segunda-feira de manhã. Sem dúvida, você chegará ao seu local de trabalho e começará suas tarefas, mas perderá muito tempo e isso provavelmente significa que você terá tempo para fazer apenas metade do plano pela manhã.

No final, você decide seguir o caminho ao longo da estrada com pedágio. Sim, você pagará um pouco, mas poderá chegar no local de trabalho a tempo e gastar muito menos tempo: você terá tempo para fazer todos os seus negócios, seu chefe ficará feliz, você receberá um aumento salarial e, no final, as despesas incorridas para o pagamento da estrada não importa mais. ”

Se você projeta essa situação, em que seu carro se torna um sistema quântico em um estado preparado (ou seja, está localizado no ponto de partida de sua casa), no mundo quântico, ainda há duas opções: permanecer indefinidamente no trânsito de uma rodovia no fluxo geral ou cortar o caminho com contração quântica. Do ponto de vista da energia gasta, isso custará um pouco, mas permitirá que você realize o que deseja muitas vezes mais rapidamente.

Para a situação descrita com uma única pessoa, a descrição desse problema é semelhante à situação para um sistema de um corpo. Mas Campbell observou que, ao adicionar mais "passageiros" ao fluxo, a situação está se tornando cada vez mais complicada. Aqui surge um problema para um sistema de muitos corpos.

“Agora você precisa fazer o mesmo com seus colegas de trabalho. Todos saem de casa ao mesmo tempo, todos vão para o escritório e todos enfrentam os mesmos problemas que você ”, disse Campbell. “Tais situações chamamos a tarefa de muitos corpos. Esse é um problema sério e muito difícil, porque todo mundo que "sai do escritório" precisa ser "persuadido a pagar o pedágio". É difícil no mundo real, e agora imagine como é problemático na escala do mundo quântico. Até agora, o método de redução quântica, conhecido como STA, resolve o problema de um único objeto, mas sabemos muito pouco sobre quantos deles funcionam. ”

Os pesquisadores demonstraram que o método de redução quântica (STA) pode funcionar em sistemas de múltiplos corpos e potencialmente possui uma enorme variedade de aplicações. Na sua opinião, os estados devem agora se preparar para a introdução de sistemas quânticos no futuro. Os cientistas planejam continuar a pesquisa e identificar o verdadeiro custo da "rodovia com pedágio", isto é, para entender quanta energia é necessária para usar o STA em um sistema de vários corpos. Eles também planejam dar os primeiros passos para a criação de um mecanismo quântico usando STA, em que sistemas de múltiplos corpos implementarão alguns ciclos termodinâmicos anteriormente inacessíveis.

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