Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. Jens Eisert della Freie Universität Berlin e Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ha mostrato un modo per simulare le proprietà fisiche quantistiche di complessi sistemi a stato solido. Questo viene fatto con l'aiuto di complessi sistemi allo stato solido che possono essere studiati sperimentalmente. Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).

"Il vero obiettivo è un computer quantistico robusto che generi risultati stabili anche quando si verificano errori e li corregga, " spiega Jens Eisert, professore alla Freie Universität Berlin e capo di un gruppo di ricerca congiunto presso HZB. Finora, lo sviluppo di computer quantistici robusti è ancora molto lontano, perché i bit quantistici reagiscono in modo estremamente sensibile alle più piccole fluttuazioni dei parametri ambientali.

Ma ora un nuovo approccio potrebbe promettere successo:due postdoc del gruppo attorno a Jens Eisert, Maria Laura Baez e Marek Gluza hanno ripreso un'idea di Richard Feynman, un brillante fisico americano del dopoguerra. Feynman aveva proposto di utilizzare sistemi reali di atomi con le loro proprietà fisiche quantistiche per simulare altri sistemi quantistici. Questi sistemi quantistici possono essere costituiti da atomi legati insieme come perle in una corda con speciali proprietà di spin, ma potrebbero anche essere trappole ioniche, atomi di Rydberg, Qbit o atomi superconduttori in reticoli ottici. Ciò che hanno in comune è che possono essere creati e controllati in laboratorio. Le loro proprietà fisiche quantistiche potrebbero essere utilizzate per prevedere il comportamento di altri sistemi quantistici. Ma quali sistemi quantistici sarebbero buoni candidati? C'è un modo per scoprirlo in anticipo?

Il team di Eisert ha ora studiato questa domanda utilizzando una combinazione di metodi matematici e numerici. Infatti, il gruppo ha mostrato che il cosiddetto fattore di struttura dinamica di tali sistemi è un possibile strumento per fare affermazioni su altri sistemi quantistici. Questo fattore mappa indirettamente come si comportano gli spin o altre quantità quantistiche nel tempo, è calcolato da una trasformazione di Fourier.

"Questo lavoro costruisce un ponte tra due mondi, " spiega Jens Eisert. "Da un lato, c'è la Comunità della Materia Condensata, che studia i sistemi quantistici e ne ricava nuove intuizioni - e dall'altro c'è Quantum Informatics - che si occupa di informazioni quantistiche. Crediamo che grandi progressi saranno possibili se uniremo i due mondi, "dice lo scienziato.