Muitos experimentos famosos mostraram que o simples ato de observar um sistema quântico pode alterar as propriedades do sistema. Este fenômeno, chamado de "efeito observador, " parece, por exemplo, quando o gato de Schrödinger fica morto ou vivo (mas não mais os dois) depois que alguém espia dentro da caixa. A observação destrói a superposição do estado do gato, ou em outras palavras, colapsa a função de onda que descreve as probabilidades de o gato estar em cada um dos dois estados.

Em um novo jornal, os físicos investigaram mais a fundo exatamente como as medições afetam o emaranhamento quântico, o que, neste contexto, é equivalente à extensão em que um sistema está em uma sobreposição. Estudos anteriores mostraram que, quando um sistema quântico é deixado sozinho para evoluir sem qualquer interferência externa, seu grau de emaranhamento tende a aumentar. Isso é, os sistemas quânticos tendem a derivar ao longo do tempo para estados com um alto grau de superposição quântica.

Por outro lado, fazer uma medição em um estado emaranhado tende a diminuir seu emaranhamento. Isso acontece porque uma medição em um estado de spin (por exemplo) colapsa que gira em um estado definido, o que faz com que esse giro se desemaranhe dos outros giros, cujos estados permanecem em uma superposição. Isso reduz a quantidade de emaranhamento no sistema como um todo.

No novo jornal, os físicos demonstraram por meio de simulações de computador e argumentos teóricos que, quando as medições são feitas a uma taxa que excede um valor crítico, ocorre uma transição de fase induzida por medição. Isso faz com que o sistema faça uma transição abrupta de uma fase de "emaranhamento", em que a quantidade de emaranhamento cresce continuamente ao longo do tempo, para uma fase de "desembaraço", em que ainda existe algum emaranhamento, mas sua taxa de crescimento cai para zero.

Os físicos, Brian Skinner no MIT, Jonathan Ruhman no MIT e na Bar-Ilan University, e Adam Nahum da Universidade de Oxford, publicaram seu artigo sobre a transição de fase para emaranhamento em uma edição recente da Revisão Física X .

"Um dos grandes sucessos da física é sua capacidade de descrever as transições de fase - a mudança abrupta das propriedades do material quando algum parâmetro externo é variado, como água congelando de repente em gelo quando cai abaixo de 32 graus Fahrenheit, "Skinner disse Phys.org . "O que mostramos é que essa mesma linguagem pode ser aplicada a um processo dinâmico envolvendo emaranhamento quântico. Ou seja, as propriedades dinâmicas de crescimento de emaranhamento também têm uma transição de fase em função de um parâmetro externo, que é a taxa na qual as medições ocorrem. Para nós, esta é uma conexão linda e surpreendente! "

Os pesquisadores desenvolveram um modelo dessa transição de fase induzida por medição com base em um famoso problema da teoria da percolação chamado de "grade de resistores vandalizada". Neste problema, um vândalo tenta encontrar o menor número de ligações (chame o "caminho mais curto" ou "corte mínimo") para cortar uma rede elétrica a fim de desconectar completamente a rede. Os pesquisadores mostraram que o problema de cálculo da entropia do emaranhamento em um sistema quântico equivale a este problema de otimização, em que o objetivo é encontrar um corte mínimo através de uma rede desordenada que separa a rede em duas partes.

Em um sistema emaranhado, a rede representa o sistema quântico, e cada medição representa a quebra de um dos laços. O grau de emaranhamento no sistema é determinado pelo tamanho do corte mínimo nesta rede, ou seja, o número total de ligações ininterruptas que devem ser quebradas para separar o sistema do resto da rede. Num sentido, este número informa com que frequência as medições podem ser feitas antes que um sistema emaranhado faça a transição para a fase desembaraçada. Como diferentes redes têm diferentes números e arranjos de títulos, a taxa de medição crítica difere para sistemas diferentes.

Os físicos esperam que uma compreensão desta transição de fase induzida por medição na dinâmica de emaranhamento pode ter implicações úteis para o desenvolvimento de simulações de sistemas quânticos. O emaranhamento desempenha um papel importante na determinação da dificuldade de simular a dinâmica quântica em um computador clássico. Como resultado, a transição de fase emaranhada para desembaraçada implica a existência de uma transição fácil para difícil para simulações. Isso pode permitir aos pesquisadores prever melhor a dificuldade das simulações e procurar alternativas mais fáceis.

"Nossa descoberta tem uma implicação imediata para a questão de quão difícil é simular sistemas quânticos usando computadores clássicos, "Skinner disse." Também pode ser importante para esquemas de computação quântica, que muitas vezes dependem da manutenção do emaranhamento de longo alcance. "

No futuro, os pesquisadores planejam investigar o quão universal é seu modelo.

"Existem diferentes maneiras de descrever matematicamente o emaranhamento quântico, "Skinner disse." O que mostramos foi que uma dessas descrições é perfeitamente análoga a um problema clássico de percolação. Mas agora não está claro o quão genérica é essa analogia, e se outras maneiras de descrever o emaranhamento pertencem à mesma 'classe de universalidade'. A primeira prioridade agora é estabelecer se a analogia é apenas aproximada que funciona em algumas situações inventadas, ou se é completamente genérico em uma ampla gama de descrições e configurações experimentais. "

Veja as postagens do Dr. Skinner no Twitter no jornal.

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