A tecnologia quântica é vista como uma importante tecnologia orientada para o futuro:menor, mais rápido e com maior desempenho do que a eletrônica convencional. Contudo, explorar os efeitos quânticos é difícil porque os menores blocos de construção da natureza têm propriedades bem distintas daquelas que conhecemos em nosso mundo cotidiano. Uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu agora extrair uma manipulação tolerante a falhas de quanta de um efeito da mecânica clássica.

O movimento de uma raquete de tênis no ar pode ajudar a prever o comportamento dos quanta. "Usar uma analogia da física clássica nos ajuda a projetar e ilustrar de forma mais eficiente elementos de controle para fenômenos no mundo quântico, "relata Stefan Glaser, professor do Departamento de Química da Universidade Técnica de Munique (TUM).

"Controlar as propriedades dos quanta e usá-las em processos técnicos tem se mostrado difícil até agora porque os quanta seguem suas próprias leis, que muitas vezes excede a nossa imaginação, "explica o cientista." Possíveis aplicações, como redes seguras, equipamentos de medição altamente sensíveis e computadores quânticos ultrarrápidos ainda estão em sua infância. "

Quanta sob controle

"Utilizar efeitos quânticos de maneira técnica, influenciando o comportamento das partículas por meio de campos eletromagnéticos, exigia os métodos mais rápidos possíveis para desenvolver sequências de controle tolerantes a falhas, "diz Glaser." Até agora, a maioria dos métodos baseia-se em processos computacionais muito complicados. "

Junto com uma equipe internacional de físicos, químicos e matemáticos, o pesquisador agora descobriu um inesperado, abordagem promissora e inovadora:usando o efeito de raquete de tênis, um fenômeno bem conhecido na mecânica clássica, a alteração consistente no spin dos quanta por meio de comandos de controle eletromagnético pode ser visualizada.

Raquete de tênis em movimento

O efeito da raquete de tênis descreve o que acontece quando alguém joga uma raquete de tênis no ar enquanto faz uma rotação em torno de um eixo. Quando alguém gira a raquete em torno de seu eixo transversal, um efeito surpreendente aparece:além da rotação pretendida de 360 ​​graus em torno de seu eixo transversal, a raquete quase sempre executará um salto inesperado de 180 graus em torno de seu eixo longitudinal. Quando a raquete é pega, o lado inferior inicial ficará voltado para cima.

"Os responsáveis ​​por esse efeito são pequenos desvios e perturbações durante o lançamento e os diferentes momentos de inércia ao longo dos três eixos de um corpo assimétrico. O efeito também pode ser observado jogando um livro ou telefone celular no ar - para uma boa medida sobre um roupa de cama macia - em vez de uma raquete de tênis, "elucida Glaser. Os eixos mais longos e mais curtos são estáveis. No entanto, o eixo intermediário, no caso de uma raquete de tênis, o eixo transversal, é instável e até mesmo agitações minúsculas acionam de forma confiável uma rotação adicional de 180 graus.

Quanta em movimento

Quanta também possui momento angular, conhecido como spin. Isso pode ser influenciado pela aplicação de um campo eletromagnético. "O objetivo desta técnica quântica é mudar a orientação do spin de uma maneira direcionada, minimizando assim os erros causados ​​por pequenas perturbações, "diz Glaser.

"A analogia matemática descoberta entre as propriedades geométricas da física clássica pertencentes a objetos em rotação livre e o controle de fenômenos quânticos agora pode ser utilizada para otimizar o controle eletromagnético de estados quânticos, "resume o co-autor Prof. Dominique Sugny. Assim como na Universidade Francesa da Borgonha, os cientistas trabalham como Hans Fischer Fellow no Institute for Advanced Study at TUM.

Novo, modelos robustos

Usando medições do spin nuclear, a equipe pôde demonstrar experimentalmente que o efeito da raquete de tênis realmente melhora a robustez das sequências de espalhamento. Eles já publicaram seus resultados na revista " Relatórios Científicos . "

"Com base nos resultados da pesquisa, agora podemos desenvolver modelos matemáticos mais eficientes que permitem que erros sejam evitados ao controlar processadores quânticos, "acrescenta Glaser." Com base no fenômeno bem compreendido da física clássica, podemos não apenas visualizar o desenvolvimento de sequências de controle confiáveis ​​na tecnologia quântica, mas também acelerá-los significativamente. "