Le regole della meccanica quantistica descrivono come gli atomi e le molecole agiscono in modo molto diverso dal mondo che ci circonda. Gli scienziati hanno compiuto progressi verso la scoperta di queste regole, essenziali per trovare modi per creare nuove molecole e una tecnologia migliore, ma alcune sono così complesse che eludono la verifica sperimentale.

Con l'avvento dei computer quantistici ad accesso aperto, gli scienziati dell'Università di Chicago hanno visto l'opportunità di fare un esperimento molto insolito per testare alcuni di questi principi quantistici. Il loro studio, che è apparso il 31 gennaio in Fisica delle comunicazioni naturali , essenzialmente dirotta un computer quantistico per scoprire verità fondamentali sul comportamento quantistico degli elettroni nelle molecole.

"L'informatica quantistica è un regno davvero entusiasmante per esplorare questioni fondamentali. Ci permette di osservare aspetti della teoria quantistica che sono assolutamente intoccabili con i computer classici, " ha detto il Prof. David Mazziotti, professore di chimica e autore della carta.

Una regola particolare della meccanica quantistica, chiamato il principio di esclusione di Pauli, è che due elettroni non possono occupare contemporaneamente la stessa posizione nello spazio. In molti casi, gli elettroni di una molecola subiscono ulteriori restrizioni sulla loro posizione; questi sono noti come vincoli di Pauli generalizzati. "Queste regole informano il modo in cui tutte le molecole e la materia si formano, " disse Mazziotti.

In questo studio, Mazziotti, Il prof. David Shuster e lo studente laureato Scott Smart hanno creato una serie di algoritmi che chiederebbero al computer Q Experience di IBM di generare in modo casuale stati quantistici in sistemi a tre elettroni, e quindi misurare dove si trovano più probabilmente gli elettroni.

"Supponiamo che i vincoli di Pauli generalizzati non fossero veri:in quello scenario, circa la metà degli stati quantistici mostrerebbe una violazione, " ha detto intelligente, il primo autore sulla carta. Anziché, nei molti stati quantistici formati, hanno scoperto che le violazioni dei vincoli di Pauli generalizzati si sono verificati molto raramente in uno schema coerente con il rumore nel circuito quantistico.

I risultati forniscono una forte verifica sperimentale, hanno detto gli scienziati.

"I più semplici vincoli di Pauli generalizzati sono stati scoperti teoricamente su un computer classico all'IBM nei primi anni '70, quindi è giusto che per la prima volta vengano verificati sperimentalmente su un computer quantistico IBM, " Disse Mazziotti.

La scoperta è un'altra svolta alla frontiera degli sforzi quantistici presso l'Università; sforzi recenti hanno incluso un "teletrasporto" quantistico a tre laboratori, " passi verso sensori quantistici più potenti, e una collaborazione per sviluppare algoritmi per computer quantistici emergenti.

Una domanda aperta è come i vincoli di Pauli generalizzati possano essere utili per migliorare la tecnologia quantistica. "Potenzialmente contribuiranno a ottenere calcoli quantistici più efficienti e migliori schemi di correzione degli errori, fondamentali per i computer quantistici per raggiungere il loro pieno potenziale, " Disse Mazziotti.