Um fenômeno de localização aumenta a precisão da resolução de problemas quânticos de muitos corpos com computadores quânticos. De outra forma, esses problemas são desafiadores para computadores convencionais. Isso traz essa simulação quântica digital ao alcance usando dispositivos quânticos disponíveis hoje.

Os computadores quânticos prometem resolver certos problemas computacionais exponencialmente mais rápido do que qualquer máquina clássica. "Uma aplicação particularmente promissora é a solução de problemas quânticos de muitos corpos utilizando o conceito de simulação quântica digital, "diz Markus Heyl do Instituto Max Planck para a Física do Complexo de Dresden, Alemanha. "Essas simulações podem ter um grande impacto na química quântica, ciência dos materiais e física fundamental. "

Na simulação quântica digital, a evolução do tempo do sistema quântico de muitos corpos é realizada por uma sequência de portas quânticas elementares, discretizando a evolução do tempo, um processo denominado trotterização. “Um desafio fundamental, Contudo, é o controle de uma fonte de erro intrínseca, que aparece devido a esta discretização, "diz Markus Heyl.

Junto com colegas internacionais, eles mostraram em um recente Avanços da Ciência artigo que a localização quântica, restringindo a evolução do tempo por meio de interferência quântica, limita fortemente esses erros para observáveis ​​locais.

Mais robusto do que o esperado

"A simulação quântica digital é, portanto, intrinsecamente muito mais robusta do que se poderia esperar de limites de erro conhecidos na função de onda global de muitos corpos, "Diz Heyl. Esta robustez é caracterizada por um limite agudo em função da granularidade de tempo utilizada medida pelo chamado tamanho do passo do trotador. O limite separa uma região regular com erros controláveis ​​do trotador, onde o sistema exibe localização no espaço de autoestados do operador de evolução no tempo, de um regime caótico quântico onde os erros se acumulam rapidamente, tornando o resultado da simulação quântica inutilizável.

"Nossas descobertas mostram que a simulação quântica digital com etapas comparativamente grandes do trotador pode reter erros controlados do trotador para observáveis ​​locais, "diz Markus Heyl." Assim, é possível reduzir o número de operações de porta quântica necessárias para representar fielmente a evolução de tempo desejada, mitigando assim os efeitos de operações de portas individuais imperfeitas. "Isso traz a simulação quântica digital para problemas quânticos clássicos desafiadores de muitos corpos ao alcance dos dispositivos quânticos atuais.