O avanço dos dispositivos quânticos está na vanguarda da tecnologia moderna, com potencial para revolucionar a computação, a comunicação e a detecção. Muitos dispositivos quânticos modernos dependem de qubits ou spins com dois estados de energia, ‘0’ e ‘1’. No entanto, estes spins interagem com bósons (fótons e fônons) em dispositivos reais, levando a cálculos

O avanço dos dispositivos quânticos está na vanguarda da tecnologia moderna, com potencial para revolucionar a computação, a comunicação e a detecção.

Muitos dispositivos quânticos modernos dependem de qubits ou spins com dois estados de energia, ‘0’ e ‘1’. No entanto, estes spins interagem com bósons (fótons e fônons) em dispositivos reais, levando a cálculos mais complexos.

Pesquisadores de Amsterdã fizeram um avanço significativo ao descrever com eficácia as complexas interações dos spins com os bósons em sistemas quânticos. Este método poderia abrir caminho para a configuração eficiente de dispositivos quânticos para atingir estados desejados específicos, aproximando-nos de desbloquear todo o potencial da tecnologia quântica.

Os dispositivos quânticos aproveitam o comportamento peculiar das partículas quânticas para alcançar feitos que ultrapassam as capacidades das máquinas tradicionais. Esses dispositivos vêm em diversas formas, desde coleções de circuitos supercondutores até redes de átomos ou íons controlados por lasers ou campos elétricos.

Independentemente de sua forma física, os dispositivos quânticos são frequentemente simplificados como uma rede de bits ou spins quânticos de dois níveis interagindo. No entanto, esses spins também interagem com o ambiente, como a luz em circuitos supercondutores ou oscilações em redes atômicas ou iônicas. Fótons e fônons, que são partículas de luz e modos vibracionais de uma rede, respectivamente, servem como exemplos de bósons.

Liam Bond, Arghavan Safavi-Naini e Jiří Minář da Universidade de Amsterdã, QuSoft e Centrum Wiskunde & Informatica introduziram uma nova abordagem para descrever sistemas de spins acoplados a bósons. Ao utilizar estados não-Gaussianos, que são combinações de estados Gaussianos mais simples, pretendem colmatar a falta de ferramentas computacionais para tais sistemas. Seu trabalho abre novas possibilidades para a compreensão e manipulação de sistemas spin-bósons.

“Um estado gaussiano se pareceria com um círculo vermelho simples, sem quaisquer padrões interessantes de azul e vermelho,” explica o candidato ao doutorado, Liam Bond. Um exemplo de estado gaussiano é a luz laser, na qual todas as ondas de luz estão perfeitamente sincronizadas. “Se pegarmos muitos desses estados gaussianos e começarmos a sobrepô-los (de modo que fiquem em uma superposição), surgirão esses padrões lindamente intrincados. Ficamos particularmente entusiasmados porque esses estados não gaussianos nos permitem reter muito do poderoso maquinário matemático que existe para os estados gaussianos, ao mesmo tempo que nos permite descrever um conjunto muito mais diversificado de estados quânticos.”

“Existem tantos padrões possíveis que os computadores clássicos muitas vezes têm dificuldade para computá-los e processá-los. Em vez disso, nesta publicação, utilizamos um método que identifica o mais importante destes padrões e ignora os outros. Isso nos permite estudar esses sistemas quânticos e projetar novas maneiras de preparar estados quânticos interessantes”, Bond continua.

A abordagem inovadora introduzida pelos investigadores de Amesterdão abre um mundo de possibilidades. Permite a preparação eficiente de estados quânticos, superando os métodos tradicionais. Esta rápida preparação do estado quântico tem amplas aplicações, desde simulação quântica até correção de erros. Os pesquisadores demonstraram o uso de estados não gaussianos para preparar estados quânticos críticos correspondentes a um sistema em transição de fase. Esses estados críticos podem aumentar significativamente a sensibilidade dos sensores quânticos, sugerindo o potencial emocionante deste método.

Embora estes resultados sejam promissores, marcam apenas o início de objectivos mais ambiciosos. Atualmente, o método foi demonstrado para um único giro. O próximo passo é estender isso para incluir muitos giros e modos bosônicos simultaneamente, o que representa uma progressão desafiadora, mas natural. Outro foco é considerar o impacto das perturbações ambientais nos sistemas spin-bóson, ambos ativamente em desenvolvimento.

Referência do diário:

  1. Liam J. Bond, Arghavan Safavi-Naini e Jiří Minář. Preparação rápida de estado quântico e dinâmica de banho usando Ansatz variacional não gaussiano e controle quântico ótimo. Cartas de Revisão Física, 2024; DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.170401
Atualizado em by Raleigh Catt
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