A prima vista, un sistema composto da 51 ioni può sembrare facilmente gestibile. Ma anche se questi atomi carichi vengono cambiati solo avanti e indietro tra due stati, il risultato è più di due quadrilioni (10 ¹⁵ ) diversi ordini che il sistema può assumere.

Il comportamento di un tale sistema è quasi impossibile da calcolare con i computer convenzionali, soprattutto perché un'eccitazione introdotta nel sistema può propagarsi in modo irregolare. L'eccitazione segue un modello statistico denominato Lévy Flight.

Una caratteristica di tali movimenti è che, oltre ai salti più piccoli che ci si aspetta, si verificano anche salti significativamente più grandi. Questo fenomeno si può osservare anche nei voli delle api e negli insoliti feroci movimenti del mercato azionario.

Simulare la dinamica quantistica:tradizionalmente un compito difficile

Mentre simulare la dinamica di un sistema quantistico complesso è un compito molto arduo anche per i supercomputer tradizionali, il compito è un gioco da ragazzi per i simulatori quantistici. Ma come si possono verificare i risultati di un simulatore quantistico senza la possibilità di eseguire gli stessi calcoli che può fare?

L'osservazione dei sistemi quantistici ha indicato che potrebbe essere possibile rappresentare almeno il comportamento a lungo termine di tali sistemi con equazioni come quelle sviluppate dai fratelli Bernoulli nel 18° secolo per descrivere il comportamento dei fluidi.

Per verificare questa ipotesi, gli autori di uno studio pubblicato su Scienza utilizzato un sistema quantistico che simula la dinamica dei magneti quantistici. Sono stati in grado di usarlo per dimostrare che, dopo una fase iniziale dominata da effetti quantomeccanici, il sistema potrebbe effettivamente essere descritto con equazioni del tipo familiare dalla dinamica dei fluidi.

Inoltre, hanno dimostrato che le stesse statistiche di Lévy Flight che descrivono le strategie di ricerca utilizzate dalle api si applicano anche ai processi fluidodinamici nei sistemi quantistici.

Ioni catturati come piattaforma per simulazioni quantistiche controllate

Il simulatore quantistico è stato costruito presso l'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica (IQOQI) dell'Accademia austriaca delle scienze presso il campus dell'Università di Innsbruck. "Il nostro sistema simula efficacemente un magnete quantistico rappresentando i poli nord e sud di un magnete molecolare utilizzando due livelli di energia degli ioni", afferma Manoj Joshi, scienziato dell'IQOQI Innsbruck.

"Il nostro più grande progresso tecnico è stato il fatto che siamo riusciti ad affrontare individualmente ciascuno dei 51 ioni individualmente", osserva Manoj Joshi. "Di conseguenza siamo stati in grado di studiare la dinamica di qualsiasi numero desiderato di stati iniziali, che era necessario per illustrare l'emergere della dinamica dei fluidi."

"Sebbene il numero di qubit e la stabilità degli stati quantistici siano attualmente molto limitati, ci sono domande per le quali possiamo già utilizzare l'enorme potenza di calcolo dei simulatori quantistici oggi", afferma Michael Knap, Professore di Dinamica Quantistica Collettiva presso l'Università Tecnica di Monaco.

"Nel prossimo futuro, i simulatori quantistici ei computer quantistici saranno piattaforme ideali per la ricerca sulla dinamica di sistemi quantistici complessi", spiega Michael Knap. "Ora sappiamo che dopo un certo momento questi sistemi seguono le leggi della fluidodinamica classica. Eventuali forti deviazioni da ciò indicano che il simulatore non funziona correttamente". + Esplora ulteriormente

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