Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/03/2011

Físicos austríacos construíram aquele que parece ser o primeiro simulador quântico prático, uma ferramenta longamente sonhada pelos cientistas que estudam os blocos básicos que formam a matéria.

Estudo dos fenômenos quânticos

Incontáveis fenômenos se baseiam na natureza da física quântica: a estrutura dos átomos e das moléculas, as reações químicas, as propriedades dos materiais, o magnetismo e, possivelmente, também alguns processos biológicos.

Como a complexidade dos fenômenos quânticos aumenta exponencialmente quando se aumenta o número de partículas envolvidas, o estudo detalhado desses sistemas complexos atinge limites práticos muito rapidamente.

Os computadores atuais simplesmente não conseguem lidar com a quantidade de cálculos necessários para simular esses fenômenos.

Para superar essas dificuldades, os físicos vêm trabalhando no desenvolvimento de simuladores quânticos em várias plataformas - átomos neutros, íons ou sistemas de estado sólido.

Simuladores quânticos

Com os simuladores quânticos, os estudos poderão ser feitos experimentalmente em laboratório, onde o próprio arranjo quântico se encarregará de resolver as complexidades inerentes ao seu funcionamento.

Como se espera que aconteça nos computadores quânticos do futuro, esses simuladores utilizam a estranha natureza da física quântica para controlar essa complexidade.

O grande desafio é isolar o simulador quântico da natureza ao seu redor.

Os distúrbios induzidos pelo ambiente provocam perda de informações nos sistemas quânticos e destroem efeitos importantes, como o entrelaçamento e a coerência.

Sistema quântico aberto

O grupo austríaco agora desenvolveu o primeiro simulador quântico na forma de um sistema aberto.

Em vez de lutar contra os distúrbios ambientais, Julio Barreiro e seus colegas da Universidade de Innsbruck resolveram tirar proveito deles e construíram um simulador quântico que tira proveito de um acoplamento controlado com o ambiente.

Eles utilizaram um íon adicional que interage com o sistema quântico e, ao mesmo tempo, estabelece um contato controlado com o ambiente, beneficiando-se de um mecanismo chamado dissipação.

"Nós controlamos não apenas todos os estados internos do sistema quântico composto por até quatro íons, como também sua ligação com o meio ambiente," explica Barreiro.

Esses íons são os mesmos qubits usados em experimentos da computação quântica, que poderá ter um novo impulso com o uso da nova ferramenta.

Amplificação dos efeitos quânticos

O resultado surpreendente é que, usando a dissipação, os pesquisadores são capazes não apenas de gerar, mas também de intensificar efeitos quânticos como o entrelaçamento.

Mesmo sendo um sistema pequeno, o simulador agora demonstrado poderá ser usado como elemento fundamental na construção de simuladores quânticos mais sofisticados, capazes de lidar com os problemas mais complexos da física quântica.

Por exemplo, na preparação dos chamados estados de muitos corpos, que até hoje só podem ser criados e observados em sistemas quânticos muito bem isolados, no estudo da incipiente atomotrônica e na investigação de outros sistemas de dinâmica quântica virtualmente inalcançáveis pelos experimentos até agora.

• Simuladores quânticos aproximam-se do uso prático

Bibliografia:

An Open-System Quantum Simulator with Trapped Ions

Julio T. Barreiro, Markus Müller, Philipp Schindler, Daniel Nigg, Thomas Monz, Michael Chwalla, Markus Hennrich, Christian F. Roos, Peter Zoller, Rainer Blatt

Nature

24 February 2011

Vol.: 470, Pages: 486-491

DOI: 10.1038/nature09801