Um estudo teórico mostra que o emaranhamento de longo alcance pode de fato sobreviver a temperaturas acima do zero absoluto, se as condições corretas forem atendidas.
A computação quântica foi apontada como o próximo passo revolucionário na computação. No entanto, os sistemas atuais são praticamente estáveis ​​apenas em temperaturas próximas ao zero absoluto. Um novo teorema de uma colaboração de pesquisa japonesa fornece uma compreensão de quais tipos de emaranhamento quântico de longo alcance sobrevivem a temperaturas diferentes de zero, revelando um aspecto fundamental dos fenômenos quânticos macroscópicos e orientando o caminho para uma maior compreensão dos sistemas quânticos.

Quando as coisas ficam pequenas, até a escala de um milésimo da largura de um fio de cabelo humano, as leis da física clássica são substituídas pelas da física quântica. O mundo quântico é estranho e maravilhoso, e há muito sobre ele que os cientistas ainda precisam entender. Efeitos quânticos em grande escala ou "macroscópicos" desempenham um papel fundamental em fenômenos extraordinários, como a supercondutividade, que é um potencial divisor de águas no futuro transporte de energia, bem como no desenvolvimento contínuo de computadores quânticos.

É possível observar e medir a "quantidade" nesta escala em sistemas particulares com a ajuda do emaranhamento quântico de longo alcance. O emaranhamento quântico, que Albert Einstein uma vez descreveu como “ação assustadora à distância”, ocorre quando um grupo de partículas não pode ser descrito independentemente um do outro. Isso significa que suas propriedades estão ligadas:se você puder descrever completamente uma partícula, também saberá tudo sobre as partículas com as quais ela está emaranhada.

O emaranhamento de longo alcance é central para a teoria da informação quântica, e sua compreensão adicional pode levar a um avanço nas tecnologias de computação quântica. No entanto, o emaranhamento quântico de longo alcance é estável em condições específicas, como entre três ou mais partes e em temperaturas próximas ao zero absoluto. O que acontece com sistemas emaranhados de duas partes em temperaturas diferentes de zero? Para responder a essa pergunta, pesquisadores do RIKEN Center for Advanced Intelligence Project, Tóquio, e da Keio University, Yokohama, apresentaram recentemente um estudo teórico na Physical Review X descrevendo emaranhamento de longo alcance em temperaturas acima do zero absoluto em sistemas bipartidos.

"O objetivo do nosso estudo foi identificar uma limitação na estrutura do emaranhamento de longo alcance em temperaturas arbitrárias diferentes de zero", explica o líder da equipe RIKEN Hakubi, Tomotaka Kuwahara, um dos autores do estudo, que realizou a pesquisa enquanto estava no Projeto RIKEN Center for Advanced Intelligence. "Nós fornecemos teoremas simples que mostram que tipos de emaranhamento de longo alcance podem sobreviver em temperaturas diferentes de zero. Em temperaturas acima do zero absoluto, as partículas em um material vibram e se movem devido à energia térmica, que age contra o emaranhamento quântico. Em temperaturas arbitrárias diferentes de zero, nenhum emaranhamento de longo alcance pode persistir entre apenas dois subsistemas."

As descobertas dos pesquisadores são consistentes com observações anteriores de que o emaranhamento de longo alcance sobrevive a uma temperatura diferente de zero apenas quando mais de três subsistemas estão envolvidos. Os resultados sugerem que este é um aspecto fundamental dos fenômenos quânticos macroscópicos à temperatura ambiente, e que os dispositivos quânticos precisam ser projetados para ter estados emaranhados multipartidos.

“Este resultado abriu as portas para uma compreensão mais profunda do emaranhamento quântico em grandes distâncias, então este é apenas o começo”, afirma o professor Keijo Saito, da Universidade Keio, coautor do estudo. "Nosso objetivo é aprofundar nossa compreensão da relação entre emaranhamento quântico e temperatura no futuro. Esse conhecimento vai desencadear e impulsionar o desenvolvimento de futuros dispositivos quânticos que funcionam em temperatura ambiente, tornando-os práticos".

Enquanto os dispositivos quânticos que funcionam em temperaturas ambientes estáveis ​​ainda estão em sua infância, o emaranhamento quântico parece pronto para “ligar” o futuro desse campo. + Explorar mais

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