p Quando falamos sobre "tecnologia da informação, "geralmente nos referimos à parte da tecnologia, como computadores, redes, e software. Mas a própria informação, e seu comportamento em sistemas quânticos, é um foco central para o Grupo de Engenharia Quântica interdisciplinar do MIT (QEG), uma vez que busca desenvolver a computação quântica e outras aplicações da tecnologia quântica. p Uma equipe QEG forneceu visibilidade sem precedentes sobre a disseminação de informações em grandes sistemas de mecânica quântica, por meio de uma nova metodologia de medição e métrica descrita em um novo artigo na Physics Review Letters. A equipe foi capaz, pela primeira vez, para medir a propagação de correlações entre spins quânticos no cristal de fluorapatita, usando uma adaptação de técnicas de ressonância magnética nuclear de estado sólido (NMR) à temperatura ambiente.

p Os pesquisadores acreditam cada vez mais que uma compreensão mais clara da disseminação de informações não é apenas essencial para a compreensão do funcionamento do reino quântico, onde as leis clássicas da física muitas vezes não se aplicam, mas também pode ajudar a projetar a "fiação" interna dos computadores quânticos, sensores, e outros dispositivos.

p Um fenômeno quântico chave é a correlação não clássica, ou emaranhamento, em que pares ou grupos de partículas interagem de tal forma que suas propriedades físicas não podem ser descritas de forma independente, mesmo quando as partículas estão amplamente separadas.

p Essa relação é fundamental para um campo de rápido avanço da física, teoria da informação quântica. Ele postula uma nova perspectiva termodinâmica na qual as informações e a energia estão ligadas - em outras palavras, essa informação é física, e que o compartilhamento de informações em nível quântico fundamenta a tendência universal em direção à entropia e equilíbrio térmico, conhecido em sistemas quânticos como termalização.

p Paola Cappellaro, chefe do QEG, o Esther e Harold E. Edgerton Professor Associado de Ciência e Engenharia Nuclear, foi coautor do novo artigo com o estudante de graduação em física Ken Xuan Wei e o colaborador de longa data Chandrasekhar Ramanathan do Dartmouth College.

p Cappellaro explica que o objetivo principal da pesquisa era medir a luta no nível quântico entre dois estados da matéria:termalização e localização, um estado em que a transferência de informações é restrita e a tendência para uma entropia mais alta é de alguma forma resistida por meio da desordem. O trabalho da equipe do QEG centrou-se no problema complexo da localização de muitos corpos (MBL), onde o papel das interações spin-spin é crítico.

p A capacidade de coletar esses dados experimentalmente em um laboratório é um avanço, em parte porque a simulação de sistemas quânticos e transições localização-termalização é extremamente difícil, mesmo para os computadores mais poderosos de hoje. "O tamanho do problema se torna intratável muito rapidamente, quando você tem interações, "diz Cappellaro." Você pode simular talvez 12 giros usando força bruta, mas isso é tudo - muito menos do que o sistema experimental é capaz de explorar. "

p As técnicas de NMR podem revelar a existência de correlações entre spins, como spins correlacionados giram mais rápido sob campos magnéticos aplicados do que spins isolados. Contudo, experimentos de NMR tradicionais só podem extrair informações parciais sobre correlações. Os pesquisadores do QEG combinaram essas técnicas com seu conhecimento da dinâmica do spin em seu cristal, cuja geometria confina aproximadamente a evolução a cadeias de spin linear.

p "Essa abordagem nos permitiu descobrir uma métrica, comprimento médio de correlação, por quantos spins estão conectados uns aos outros em uma cadeia, "diz Cappellaro." Se a correlação está crescendo, diz a você que a interação está vencendo a desordem que está causando a localização. Se o comprimento da correlação parar de crescer, a desordem está ganhando e mantendo o sistema em um estado mais localizado quântico. "

p Além de ser capaz de distinguir entre diferentes tipos de localização (como MBL e a localização mais simples de Anderson), o método também representa um possível avanço em direção à capacidade de controle desses sistemas por meio da introdução de desordem, que promove a localização, Cappellaro acrescenta. Como o MBL preserva as informações e evita que sejam embaralhadas, tem potencial para aplicativos de memória.

p O foco da pesquisa "aborda uma questão muito fundamental sobre os fundamentos da termodinâmica, a questão de por que os sistemas se termalizam e até mesmo por que a noção de temperatura existe, "diz o ex-pós-doutorado do MIT Iman Marvian, que agora é professor assistente nos departamentos de Física e Engenharia Elétrica e da Computação da Duke University. "Nos últimos 10 anos ou mais, tem havido evidências crescentes, de argumentos analíticos a simulações numéricas, que embora diferentes partes do sistema estejam interagindo entre si, nos sistemas de fase MBL não termizam. E é muito emocionante que agora possamos observar isso em um experimento real. "

p “As pessoas propuseram diferentes maneiras de detectar esta fase da matéria, mas eles são difíceis de medir em um laboratório, "Marvian explica." O grupo de Paola estudou de um novo ponto de vista e introduziu quantidades que podem ser medidas. Estou realmente impressionado com a forma como eles conseguiram extrair informações úteis sobre MBL desses experimentos de NMR. É um grande progresso, porque torna possível fazer experiências com MBL em um cristal natural. "

p A pesquisa foi capaz de alavancar as capacidades relacionadas a NMR desenvolvidas sob uma concessão anterior da Força Aérea dos EUA, diz Cappellaro, e algum financiamento adicional da National Science Foundation. As perspectivas para esta área de pesquisa são promissoras, Ela adiciona. "Por muito tempo, a maioria das pesquisas quânticas de muitos corpos concentrava-se nas propriedades de equilíbrio. Agora, porque podemos fazer muitos mais experimentos e gostaríamos de projetar sistemas quânticos, há muito mais interesse em dinâmica, e novos programas dedicados a esta área geral. Portanto, esperamos conseguir mais financiamento e continuar o trabalho. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.