Para a maioria das experiências cotidianas, como andar de bicicleta, usando um levantamento ou pegando uma bola, a mecânica clássica (newtoniana) é perfeitamente precisa.

Contudo, em escalas atômicas e subatômicas, a natureza é descrita pela mecânica quântica, formulado há cerca de 100 anos e famoso pelo físico teórico Richard Feynman quando disse:"Acho que posso dizer com segurança que ninguém entende a mecânica quântica".

Mesmo hoje, entender a dinâmica dos sistemas quânticos compostos por um grande número de partículas em interação continua sendo um dos problemas mais difíceis da física.

Para enfrentar este desafio, uma colaboração de pesquisa interdisciplinar de teóricos da informação quântica do Departamento de Física da Swansea University desenvolveu um novo protocolo de simulação quântica.

Em seu estudo teórico, publicado em Revisão Física X , o físico de alta energia Professor Gert Aarts, juntamente com o Dr. Markus Müller e Alejandro Bermudez, propõem o uso de átomos frios como sensores quânticos controláveis ​​para acessar experimentalmente as principais propriedades das teorias quânticas de campo em interação. Os resultados podem ser difíceis de elucidar, questões abertas em matéria condensada e física de alta energia.

A teoria do campo quântico fornece uma linguagem unificadora que descreve uma ampla variedade de sistemas na natureza em muitas escalas de energia, variando de átomos ultracongelados em laboratório às partículas mais energéticas do Grande Colisor de Hádrons.

Alejandro Bermudez disse:"Uma pedra angular da teoria quântica de campos é o chamado funcional gerador, a partir do qual todas as correlações entre as partículas podem ser derivadas. "O professor Aarts acrescentou:" Normalmente, isso é considerado uma ferramenta matemática que compacta todas as informações relevantes sobre a teoria quântica de campos em um único, um tanto abstrato, quantidade."

Nesse trabalho, a equipe mostra como o funcional de geração pode de fato ser medido no laboratório, usando cadeias de íons resfriados a laser presos.

A ideia principal do novo esquema é mapear as informações sobre o funcional de geração em uma coleção de sensores quânticos emaranhados, codificado em estados eletrônicos dos íons.

"Esses sensores quânticos são então acoplados por uma sequência de pulsos precisamente sincronizados ao campo quântico, muito parecido com as teclas de um piano, que deve ser pressionado em momentos diferentes para produzir uma melodia ", explica Müller. "Esta melodia - correspondente ao sinal de medição interferométrica experimental - contém as informações relevantes sobre a teoria quântica de campos de interesse."

Os resultados constituem uma etapa importante no tópico mais amplo de simulações quânticas, que visam compreender problemas na física quântica de muitos corpos por meio de sistemas experimentais que podem ser manipulados com precisão para representar a teoria quântica de campos sob investigação.

Sensores quânticos para a geração funcional de teorias quânticas de campo em interação. A. Bermudez, G. Aarts, e M. Müller é publicado em Revisão Física X .