Pesquisadores da Universidade de Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão, têm investigado recentemente situações em que dois hamiltonianos distintos podem ser usados ​​para simular os mesmos fenômenos físicos. Um hamiltoniano é uma função ou modelo usado para descrever um sistema dinâmico, como o movimento das partículas.

Em um artigo publicado em Cartas de revisão física , os pesquisadores introduziram uma estrutura que pode ser útil para simular a mesma física com dois hamiltonianos distintos. Além disso, eles fornecem um exemplo de simulação analógica e mostram como se poderia construir uma versão alternativa de um simulador quântico digital.

"A ideia surgiu quando eu estava olhando para a geração dinâmica de emaranhamento em cadeias de spin, "Karol Gietka, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Notei que o comportamento de emaranhamento em função do tempo em um determinado modelo se assemelha muito ao comportamento de emaranhamento no modelo paradigmático de torção de um eixo. Achei que alguém pudesse mapear um sistema em outro, mas não foi possível, pois os hamiltonianos dos dois sistemas eram muito diferentes, o que realmente me confundiu. "

Gietka decidiu repensar os princípios dos simuladores quânticos e então percebeu que, além do hamiltoniano, o estado inicial também deve ser levado em consideração como um ingrediente dos simuladores quânticos. Gietka e seus colegas definiram um operador de 'conector' e descobriram que a mesma dinâmica é observada a partir de dois hamiltonianos diferentes se o estado inicial for um estado próprio do conector.

Esse resultado indica que usar o mesmo hamiltoniano nem sempre é uma condição necessária. Como um exemplo, eles mostraram que a física da torção de um eixo pode ser simulada por uma cadeia de spin com um campo externo, mesmo que o modelo de torção de um eixo tenha interações de alcance infinito e este modelo de cadeia de spin tenha apenas interações vizinhas mais próximas. O hamiltoniano desses dois modelos é fisicamente diferente, ou seja, tendo diferentes espectros de energia, mas ainda assim um pode simular um com o outro se a dinâmica começa com estados especiais.

"A vantagem de tal abordagem é que ela relaxa as condições impostas ao simulador quântico universal - uma máquina quântica capaz de simular um sistema físico arbitrário, "Gietka disse." Uma de suas aplicações, que apresentamos em nosso jornal, é a criação de estados emaranhados ao máximo de sistemas de muitos corpos, explorando apenas as interações entre os elementos mais próximos do sistema. Outra aplicação é uma versão alternativa do simulador quântico digital, que pode acabar sendo menos complexo em certos casos do que o simulador digital original. "

Notavelmente, o fato de um hamiltoniano de simulador quântico poder ser muito diferente do hamiltoniano que se deseja simular poderia estender o escopo da simulação quântica, pois significa que se poderia criar um simulador cujo hamiltoniano não concorda com o de nenhum sistema existente no mundo. O trabalho desses pesquisadores pode, portanto, permitir o projeto e a realização de diferentes tipos de dispositivos quânticos.

"Agora estou investigando como a ideia de simular a mesma física com dois hamiltonianos distintos pode ser aproveitada para simular a física de sistemas quânticos exóticos que aparentemente não deveriam existir, "Gietka disse." Também estou tentando descobrir como alguém pode usar essa ideia na metrologia quântica para coletar medições precisas de parâmetros físicos desconhecidos. "

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