Un gruppo internazionale di ricercatori, tra cui il fisico UvA Michael Walter, hanno ideato nuovi metodi per creare stati di input interessanti per calcoli e simulazioni quantistiche. I nuovi metodi possono essere utilizzati per simulare determinati sistemi elettronici con una precisione arbitrariamente elevata. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista leader Revisione fisica X questa settimana.

Quando pensiamo alle informazioni, spesso pensiamo ai bit di computer classici:dispositivi che possono memorizzare uno '0' o un '1' e che possono essere manipolati per eseguire calcoli. Recentemente, però, i fisici stanno diventando sempre più interessati alla teoria dell'informazione quantistica, dove le unità di base dell'informazione sono i bit quantistici, o qubit in breve. Qubit:piccoli elettroni rotanti, per esempio, hanno due proprietà che li rendono ancora più interessanti delle loro controparti classiche. Prima di tutto, non devono essere esattamente nello stato "0" o "1" (rotazione in senso orario o antiorario, Per esempio), ma possono essere in sovrapposizioni più complicate, qualcosa come "avere una probabilità del 30% di girare in senso orario e il 70% di girare in senso antiorario". Inoltre, i qubit possono condividere informazioni tra loro:le probabilità per un qubit possono dipendere dalle probabilità per un altro qubit (nel linguaggio della fisica, i qubit sono entangled).

Simulazione della fisica quantistica

Insieme, queste due proprietà rendono l'informazione quantistica molto più flessibile e potenzialmente molto più potente dell'informazione classica. computer quantistici, Per esempio, possiamo eseguire calcoli che non sappiamo come eseguire utilizzando computer ordinari anche se avessimo miliardi di anni di tempo di calcolo, il famoso esempio è la decifrazione del codice attraverso la scomposizione in fattori primi di grandi numeri. Ma i computer quantistici non sono utili solo per risolvere problemi matematici; possono essere molto utili anche per i fisici. Simulazione di sistemi quantistici, Per esempio, è abbastanza elaborato in un normale computer. Per loro stessa natura, i futuri computer quantistici saranno molto più attrezzati per eseguire tali simulazioni.

I recenti progressi nella comprensione della fisica dell'informazione quantistica hanno portato a nuovi metodi per simulare la fisica quantistica, sia sui computer classici esistenti che sui futuri computer quantistici. Fondamentali per questi sviluppi sono le procedure operative per preparare stati quantistici interessanti che potrebbero fungere da input per questi calcoli e simulazioni. Un obiettivo particolarmente eccitante è, Per esempio, descrivere le proprietà fisiche dei sistemi di elettroni. Le proprietà elettroniche sono importanti sia per la chimica che per la scienza dei materiali, ma queste proprietà si sono rivelate molto difficili da calcolare con i metodi tradizionali.

Un gruppo internazionale di ricercatori ha ora compiuto progressi significativi su questo tema. Tra questi c'è il fisico dell'UvA Michael Walter, attualmente assistente professore presso l'istituto QuSoft di Amsterdam, e in passato ricercatore post-dottorato a Stanford, dove si svolgeva gran parte del suo lavoro.

Walter e i suoi colleghi hanno attinto dalle intuizioni della fisica a molti corpi, scienza dell'informazione quantistica, e l'elaborazione del segnale per derivare nuove procedure di preparazione per diversi stati quantistici non banali. I risultati assumono la forma di "circuiti quantistici", che sono sequenze di operazioni fisiche che preparano uno stato di interesse da un semplice stato iniziale. Il documento in particolare prende in considerazione una classe di stati metallici che si sono rivelati difficili da affrontare a causa del loro alto grado di entanglement quantistico. Attraverso i loro metodi, i ricercatori sono ora riusciti a fornire procedure di preparazione per questi stati.

I nuovi risultati, che sono stati pubblicati in Revisione fisica X questa settimana, sono degni di nota perché i metodi non solo sembrano funzionare; gli autori possono effettivamente dimostrare matematicamente che devono funzionare. I risultati costituiscono un trampolino di lancio per futuri calcoli quantistici:le tecniche del documento serviranno plausibilmente come elemento chiave nell'affrontare stati elettronici più complessi che includono gli effetti delle interazioni degli elettroni.