À primeira vista, um sistema composto por 51 íons pode parecer facilmente gerenciável. Mas mesmo que esses átomos carregados sejam alterados apenas entre dois estados, o resultado é mais de dois quatrilhões (10 ¹⁵ ) diferentes ordenações que o sistema pode assumir.
O comportamento de tal sistema é quase impossível de calcular com computadores convencionais, especialmente porque uma excitação introduzida no sistema pode se propagar de forma irregular. A excitação segue um padrão estatístico conhecido como Vôo de Lévy.

Uma característica de tais movimentos é que, além dos saltos menores que são esperados, também ocorrem saltos significativamente maiores. Esse fenômeno também pode ser observado nos vôos das abelhas e em movimentos inusitados e ferozes no mercado de ações.

Simular dinâmica quântica:tradicionalmente uma tarefa difícil

Embora simular a dinâmica de um sistema quântico complexo seja uma tarefa muito difícil até mesmo para supercomputadores tradicionais, a tarefa é brincadeira de criança para simuladores quânticos. Mas como os resultados de um simulador quântico podem ser verificados sem a capacidade de realizar os mesmos cálculos que ele pode?

A observação de sistemas quânticos indicou que pode ser possível representar pelo menos o comportamento a longo prazo de tais sistemas com equações como as que os irmãos Bernoulli desenvolveram no século 18 para descrever o comportamento dos fluidos.

Para testar essa hipótese, os autores de um estudo publicado na Science usou um sistema quântico que simula a dinâmica de ímãs quânticos. Eles foram capazes de usá-lo para provar que, após uma fase inicial dominada por efeitos da mecânica quântica, o sistema poderia realmente ser descrito com equações do tipo familiar da dinâmica dos fluidos.

Além disso, eles mostraram que as mesmas estatísticas de vôo de Lévy que descrevem as estratégias de busca usadas pelas abelhas também se aplicam a processos fluidodinâmicos em sistemas quânticos.

Íons capturados como plataforma para simulações quânticas controladas

O simulador quântico foi construído no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica (IQOQI) da Academia Austríaca de Ciências da Universidade de Innsbruck Campus. “Nosso sistema simula efetivamente um ímã quântico, representando os pólos norte e sul de um ímã molecular usando dois níveis de energia dos íons”, diz o cientista do IQOQI Innsbruck, Manoj Joshi.

"Nosso maior avanço técnico foi o fato de termos conseguido abordar individualmente cada um dos 51 íons individualmente", observa Manoj Joshi. "Como resultado, fomos capazes de investigar a dinâmica de qualquer número desejado de estados iniciais, o que era necessário para ilustrar o surgimento da dinâmica dos fluidos."

“Embora o número de qubits e a estabilidade dos estados quânticos sejam atualmente muito limitados, há questões para as quais já podemos usar o enorme poder computacional dos simuladores quânticos hoje”, diz Michael Knap, professor de dinâmica quântica coletiva na Universidade Técnica. de Munique.

“Em um futuro próximo, simuladores quânticos e computadores quânticos serão plataformas ideais para pesquisar a dinâmica de sistemas quânticos complexos”, explica Michael Knap. "Agora sabemos que depois de um certo ponto no tempo esses sistemas seguem as leis da dinâmica de fluidos clássica. Qualquer forte desvio disso é uma indicação de que o simulador não está funcionando corretamente." + Explorar mais

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