Nova pesquisa de teoria quântica, liderado por acadêmicos da Escola de Física da Universidade de St Andrews, poderia transformar a maneira como os cientistas prevêem como as partículas quânticas se comportam.

A teoria quântica é a pedra angular da física moderna, explicando o comportamento de partículas isoladas, como os elétrons que orbitam átomos. Ele nos mostrou que as partículas quânticas têm grande potencial para aplicações, como computadores quânticos poderosos com potencial para resolver problemas complexos muito mais rapidamente do que os computadores convencionais.

Nos últimos anos, a possibilidade de usar os estados das partículas quânticas para reter informações tornou-se uma realidade em laboratório. Isso levou ao desenvolvimento de processadores quânticos feitos de apenas alguns bits quânticos, 'qubits' - partículas que armazenam um determinado estado quântico. Ao contrário dos bits em computadores convencionais, que pode ser zero ou um, um qubit pode estar em uma 'superposição' de zero e um ao mesmo tempo. Se os cálculos podem ser feitos nesta sobreposição, permite alguns problemas, como pesquisar bancos de dados mais rápido do que em computadores normais.

A nova pesquisa, publicado em Nature Communications (Segunda-feira, 20 de agosto), que se concentrava nos comportamentos de qubits individuais, abre a possibilidade de simulações mais fiéis da próxima geração de processadores quânticos e pode permitir novos insights sobre a mecânica quântica e o desenvolvimento de computadores quânticos poderosos.

O estudo, liderado por físicos teóricos, Dr. Brendon Lovett e Dr. Jonathan Keeling, observou que se os qubits reais se comportassem como os qubits dos livros didáticos, a busca para construir um computador quântico seria fácil. Contudo, ao contrário dos modelos de livros didáticos de qubits, qubits da vida real nunca são realmente isolados, eles interagem continuamente com o vasto número de outras partículas no mundo. Isso significa que tentar criar um modelo matemático do comportamento de um qubit é muito difícil, já que agora também precisamos acompanhar o que o resto do mundo também está fazendo. Para fazer isso explicitamente, é necessária uma quantidade de informações que não podem ser armazenadas, mesmo nos maiores computadores que temos. Para evitar isso, modelos simples de interação entre qubits individuais e o resto do mundo são frequentemente usados, mas estes podem perder efeitos cruciais.

Dr. Lovett disse:"Nossa pesquisa encontrou uma maneira inovadora de manter a fração de informação mais relevante, permitindo uma descrição exata do comportamento do qubit, mesmo em um laptop normal. Este trabalho não apenas abre a possibilidade de simulações mais fiéis da próxima geração de processadores quânticos, mas pode nos permitir novas percepções sobre como a mecânica quântica funciona quando muitas partículas são colocadas juntas. "

O artigo 'Dinâmica quântica não-Markoviana eficiente usando operadores de produto de matriz evolutiva no tempo' é publicado em Nature Communications .