Os físicos da EPFL propõem um novo "simulador quântico":um dispositivo baseado em laser que pode ser usado para estudar uma ampla gama de sistemas quânticos. Estudando, os pesquisadores descobriram que os fótons podem se comportar como dipolos magnéticos em temperaturas próximas do zero absoluto, seguindo as leis da mecânica quântica. O simulador simples pode ser usado para entender melhor as propriedades de materiais complexos sob tais condições extremas.

Quando sujeito às leis da mecânica quântica, sistemas feitos de muitas partículas em interação podem exibir um comportamento tão complexo que sua descrição quantitativa desafia as capacidades dos computadores mais poderosos do mundo. Em 1981, o visionário físico Richard Feynman argumentou que podemos simular esse comportamento complexo usando um aparato artificial governado pelas mesmas leis quânticas - o que veio a ser conhecido como um "simulador quântico".

Um exemplo de sistema quântico complexo são os ímãs colocados em temperaturas realmente baixas. Perto do zero absoluto (-273,15 graus Celsius), materiais magnéticos podem sofrer o que é conhecido como uma "transição de fase quântica". Como uma transição de fase convencional (por exemplo, derretimento do gelo na água, ou água evaporando em vapor), o sistema ainda alterna entre dois estados, exceto que próximo ao ponto de transição, o sistema manifesta emaranhamento quântico - a característica mais profunda prevista pela mecânica quântica. Estudar esse fenômeno em materiais reais é uma tarefa surpreendentemente desafiadora para físicos experimentais.

Mas os físicos liderados por Vincenzo Savona na EPFL agora criaram um simulador quântico que promete resolver o problema. "O simulador é um dispositivo fotônico simples que pode ser facilmente construído e executado com as técnicas experimentais atuais, "diz Riccardo Rota, o pós-doutorado no laboratório de Savona que conduziu o estudo. "Mas mais importante, pode simular o comportamento complexo do real, ímãs interagindo em temperaturas muito baixas. "

O simulador pode ser construído usando circuitos supercondutores - a mesma plataforma tecnológica usada em computadores quânticos modernos. Os circuitos são acoplados a campos de laser de forma a causar uma interação efetiva entre as partículas de luz (fótons). "Quando estudamos o simulador, descobrimos que os fótons se comportavam da mesma maneira que os dipolos magnéticos ao longo da transição de fase quântica em materiais reais, "diz Rota. Em suma, agora podemos usar fótons para executar um experimento virtual em ímãs quânticos, em vez de ter que configurar o próprio experimento.

"Somos teóricos, "diz Savona." Nós tivemos a ideia para este simulador quântico específico e modelamos seu comportamento usando simulações de computador tradicionais, o que pode ser feito quando o simulador quântico aborda um sistema pequeno o suficiente. Nossos resultados provam que o simulador quântico que propomos é viável, e agora estamos conversando com grupos experimentais que gostariam de realmente construir e usá-lo. "

Compreensível, Rota está animado:"Nosso simulador pode ser aplicado a uma ampla classe de sistemas quânticos, permitindo aos físicos estudar vários fenômenos quânticos complexos. É um avanço verdadeiramente notável no desenvolvimento de tecnologias quânticas. "