Uma nova pesquisa fornece uma visão sobre um experimento recente que foi capaz de manipular um número sem precedentes de átomos por meio de um simulador quântico. Esta nova teoria pode fornecer mais um passo no caminho para a criação dos elusivos computadores quânticos.

Uma equipe internacional de pesquisadores, liderado pela Universidade de Leeds e em cooperação com o Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria e a Universidade de Genebra, forneceu uma explicação teórica para o comportamento particular de átomos individuais que foram capturados e manipulados em um experimento recente da Universidade de Harvard e do MIT. O experimento usou um sistema de lasers finamente ajustados para atuar como "pinças ópticas" para montar uma cadeia notavelmente longa de 51 átomos.

Quando a dinâmica quântica da cadeia atômica foi medida, houve oscilações surpreendentes que persistiram por muito mais tempo do que o esperado e que não podiam ser explicadas.

Coautor do estudo, Dr. Zlatko Papic, Professor de Física Teórica em Leeds, disse:"O experimento Harvard-MIT anterior criou oscilações surpreendentemente robustas que mantiveram os átomos em um estado quântico por um longo tempo. Achamos essas oscilações bastante intrigantes porque sugeriram que os átomos eram de alguma forma capazes de" lembrar "sua configuração inicial enquanto ainda se movendo caoticamente.

"Nosso objetivo era entender de forma mais geral de onde essas oscilações poderiam vir, já que oscilações significam algum tipo de coerência em um ambiente caótico - e isso é precisamente o que queremos de um computador quântico robusto. Nosso trabalho sugere que essas oscilações são devidas a um novo fenômeno físico que chamamos de 'cicatriz quântica de muitos corpos'. "

Na vida cotidiana, partículas irão ricochetear umas nas outras até que explorem todo o espaço, finalmente estabelecendo-se em um estado de equilíbrio. Este processo é denominado termalização. Uma cicatriz quântica é quando uma configuração ou via especial deixa uma impressão no estado das partículas que as impede de preencher todo o espaço. Isso evita que os sistemas atinjam a termalização e permite que mantenham alguns efeitos quânticos.

Dr. Papic disse:"Estamos aprendendo que a dinâmica quântica pode ser muito mais complexa e intrincada do que simplesmente termalização. O benefício prático é que longos períodos de oscilações são exatamente o que é necessário para que os computadores quânticos se tornem uma realidade. As informações processadas e armazenados nesses computadores dependerão de manter os átomos em mais de um estado a qualquer momento, é uma batalha constante para impedir que as partículas se estabilizem em um equilíbrio. "

Autor principal do estudo, Christopher Turner, pesquisador doutorado na Escola de Física e Astronomia de Leeds, disse:"Teorias anteriores envolvendo cicatrizes quânticas foram formuladas para uma única partícula. Nosso trabalho estendeu essas idéias a sistemas que contêm não uma, mas muitas partículas, que estão todos enredados uns com os outros de maneiras complicadas. Cicatrizes quânticas de muitos corpos podem representar um novo caminho para realizar a dinâmica quântica coerente. "

A teoria das cicatrizes quânticas de muitos corpos lança luz sobre os estados quânticos que sustentam a estranha dinâmica dos átomos no experimento Harvard-MIT. A compreensão desse fenômeno também pode abrir caminho para proteger ou estender o tempo de vida dos estados quânticos em outras classes de sistemas quânticos de muitos corpos.