Nuova ricerca sulla teoria quantistica, guidato da accademici presso la School of Physics dell'Università di St Andrews, potrebbe trasformare il modo in cui gli scienziati prevedono il comportamento delle particelle quantistiche.

La teoria quantistica è una pietra angolare della fisica moderna, spiegare il comportamento delle particelle isolate, come gli elettroni che orbitano attorno agli atomi. Ci ha mostrato che le particelle quantistiche hanno un grande potenziale per le applicazioni, come potenti computer quantistici con il potenziale per risolvere problemi complessi molto più rapidamente rispetto ai computer convenzionali.

Negli ultimi anni, la possibilità di utilizzare gli stati delle particelle quantistiche per contenere le informazioni è diventata una realtà in laboratorio. Ciò ha portato allo sviluppo di processori quantistici costituiti da pochi bit quantistici, 'qubit' - particelle che immagazzinano un particolare stato quantistico. A differenza dei bit nei computer convenzionali, che può essere zero o uno, un qubit può trovarsi in una "sovrapposizione" di zero e uno allo stesso tempo. Se si possono fare calcoli su questa sovrapposizione, permette alcuni problemi, come la ricerca nei database da eseguire più velocemente rispetto ai normali computer.

La nuova ricerca, pubblicato in Comunicazioni sulla natura (lunedì 20 agosto), che si è concentrato sui comportamenti dei singoli qubit, apre la possibilità di simulazioni più fedeli della prossima generazione di processori quantistici e potrebbe consentire nuove intuizioni sulla meccanica quantistica e lo sviluppo di potenti computer quantistici.

Lo studio, guidato da fisici teorici, Il dottor Brendon Lovett e il dottor Jonathan Keeling, notato che se i qubit reali si comportassero come i qubit dei libri di testo, la ricerca per costruire un computer quantistico sarebbe facile. Però, a differenza dei modelli da manuale di qubit, i qubit della vita reale non sono mai veramente isolati, interagiscono continuamente con il vasto numero di altre particelle nel mondo. Ciò significa che provare a creare un modello matematico del comportamento di un qubit è molto difficile, poiché ora dobbiamo anche tenere traccia di ciò che sta facendo anche il resto del mondo. Per fare ciò richiede esplicitamente una quantità di informazioni che non possono essere archiviate, anche sui computer più grandi che abbiamo. Per evitare questo, vengono spesso utilizzati semplici modelli di interazione tra i singoli qubit e il resto del mondo, ma questi possono perdere effetti cruciali.

Il Dr. Lovett ha dichiarato:"La nostra ricerca ha trovato un nuovo modo rivoluzionario di conservare la frazione più rilevante di informazioni, consentendo una descrizione esatta del comportamento del qubit anche su un normale laptop. Questo lavoro non solo apre la possibilità di simulazioni più fedeli della prossima generazione di processori quantistici, ma potrebbe consentirci nuove intuizioni su come funziona la meccanica quantistica quando vengono messe insieme molte particelle".

Il documento "Efficient non-Markovian quantum dynamics using time-evolving matrix product operator" è pubblicato in Comunicazioni sulla natura .