Los investigadores, bajo la dirección de Peter Zoller, crearon una nueva herramienta para medir las sinapsis en varios sistemas del cuerpo y demostraron experimentalmente su eficacia. Esta técnica permite la investigación de fenómenos físicos previamente inaccesibles y podría mejorar la comprensión de los materiales cuánticos. naturaleza El estudio ha sido publicado.

El fenómeno cuántico conocido como entrelazamiento ocurre cuando las propiedades de dos o más partículas se entrelazan hasta el punto en que ya no es posible determinar el estado exacto de cada partícula individual. En cambio, hay que considerar cada partícula que participa en un estado particular simultáneamente. Las propiedades de la materia están determinadas en última instancia por el entrelazamiento de las partículas.

El entrelazamiento de muchas partículas es la característica que marca la diferencia. Pero al mismo tiempo es muy difícil de determinar.

Christian Kockel, primer autor del estudio, Universidad de Innsbruck

Investigadores bajo la supervisión de Peter Zoller están presentando actualmente un nuevo método que podría mejorar significativamente la investigación y la comprensión del entrelazamiento en materiales cuánticos en Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia de Ciencias de Austria (ÖAW). Ingenuamente, sería necesario realizar una cantidad inimaginablemente enorme de mediciones para describir sistemas cuánticos masivos y extraer de ellos información sobre el entrelazamiento actual.

Hemos desarrollado una descripción más eficiente, lo que nos permite extraer información de entrelazamiento del sistema con significativamente menos mediciones..

Rick van Beijnen. Físico teórico, Universidad de Innsbruck

Los científicos han replicado materia real, partícula por partícula, en un simulador de trampa de iones cuánticos que contiene 51 partículas, lo que les permite analizar la sustancia en un entorno de laboratorio controlado. Pocos equipos de investigación en el mundo tienen el control necesario sobre tantas partículas como los físicos experimentales dirigidos por Christian Ross y Rainer Platt en Innsbruck.

El principal desafío técnico al que nos enfrentamos aquí es cómo mantener bajas tasas de error mientras se controlan los 51 iones atrapados en nuestra trampa y se garantiza la viabilidad del control y la lectura de qubits individuales.

Manoj Joshi, científico experimental, Universidad de Innsbruck

Durante este procedimiento, los científicos vieron por primera vez los efectos del experimento, que hasta ahora sólo se han descrito teóricamente.

Kockel añadió:Aquí hemos combinado el conocimiento y los métodos que hemos trabajado juntos minuciosamente durante los últimos años. Es impresionante ver que se pueden hacer estas cosas con los recursos disponibles hoy en día.“.

Acceso directo a través de perfiles de temperatura

Las partículas de la materia cuántica pueden tener distintos grados de entrelazamiento. Los resultados de las mediciones de una partícula fuertemente entrelazada son puramente aleatorios. Los científicos llaman a una situación “caliente” si los resultados de las mediciones son muy variables o completamente aleatorios. Es un elemento cuantitativo “frío” si la probabilidad de alcanzar un determinado resultado es alta. La condición exacta sólo se puede determinar midiendo cada objeto enredado.

En sistemas que contienen una gran cantidad de moléculas, la tensión de medición aumenta significativamente. La teoría cuántica de campos predice que un sistema compuesto por muchas partículas entrelazadas puede tener un perfil de temperatura atribuido a sus subregiones. El grado de entrelazamiento de partículas se puede determinar utilizando estos perfiles.

Estos perfiles de temperatura se obtienen en el Simulador Cuántico de Innsbruck a través de un circuito de retroalimentación en el que el sistema cuántico y la computadora trabajan juntos para crear nuevos perfiles que luego se comparan con observaciones reales del experimento.

Los perfiles de temperatura de los investigadores muestran que las partículas “calientes” son las que interactúan más intensamente con el medio ambiente, mientras que las partículas “frías” interactúan menos con él.

“Esto está en línea con las expectativas de que el entrelazamiento es particularmente grande cuando la interacción entre partículas es fuerte.Añadió como agente.

Abriendo puertas a nuevos campos de la física

Los métodos que hemos desarrollado proporcionan una herramienta poderosa para estudiar el entrelazamiento a gran escala en materia cuántica coherente. Esto abre la puerta al estudio de una nueva clase de fenómenos físicos utilizando simuladores cuánticos que ya están disponibles en la actualidad. Utilizando computadoras clásicas, tales simulaciones ya no se pueden calcular con un esfuerzo razonable.

Peter Zoller, profesor de Física Teórica, Universidad de Innsbruck

También se probarán nuevas teorías sobre estas plataformas utilizando tecnologías utilizadas en Innsbruck.

Los resultados fueron publicados en la revista. naturaleza. La Unión Europea, la Federación de Industrias Austriacas en Tirol, el Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF), la Agencia Austriaca para la Promoción de la Investigación (FFG) y otras organizaciones contribuyeron con fondos al estudio.

Referencia de la revista:

Joshi, miembro de la Knesset, et al. el. (2023) Explorando el entrelazamiento a gran escala en la simulación cuántica. naturaleza. doi:10.1038/s41586-023-06768-0

fuente: https://www.uibk.ac.at/