Novas regras da física são testadas em um computador quântico

Os pesquisadores da Aalto usaram um computador quântico IBM para explorar uma área desconhecida da física e desafiaram 100 anos de compreensão da informação no nível quântico.

As regras da física quântica que governam o comportamento de objetos muito pequenos usam operadores matemáticos chamados hamiltonianos de Hermit. Os operadores hermitianos estão no centro da física quântica há quase 100 anos, mas recentemente os teóricos perceberam que é possível estender suas equações fundamentais para usar operadores que não são hermitianos.

As novas equações descrevem o universo com seu próprio conjunto peculiar de regras: por exemplo, olhando no espelho e mudando a direção do tempo, você deve ver a mesma versão de si mesmo que no mundo real.

Em seu novo trabalho, uma equipe de pesquisadores usou um computador quântico para criar um universo artificial que se comporta de acordo com essas novas regras.

Os cientistas forçaram os qubits, a parte de um computador quântico que executa a computação, a se comportar de acordo com as novas regras da mecânica quântica não hermitiana. Eles demonstraram experimentalmente alguns resultados empolgantes que são proibidos pela mecânica quântica hermitiana comum.

A primeira descoberta foi que a aplicação de operações aos qubits não armazenava informação quântica - comportamento tão fundamental para a teoria quântica padrão que leva a problemas atualmente não resolvidos, como o paradoxo da informação do buraco negro de Stephen Hawking. O segundo resultado emocionante veio quando eles experimentaram dois qubits emaranhados.

Emaranhamento é um tipo de correlação que ocorre entre os qubits como se eles tivessem uma conexão mágica que os faz se comportarem em sincronia entre si. Einstein era conhecido por se sentir incomodado com esse conceito, chamando-o de "ação assustadora à distância".

Na física quântica comum, é impossível alterar o grau de emaranhamento entre duas partículas agindo em uma delas. No entanto, na mecânica quântica não hermitiana, os pesquisadores foram capazes de mudar o nível de emaranhamento dos qubits manipulando apenas um deles, o que é claramente proibido na física quântica comum.

“O mais empolgante sobre esses resultados é que os computadores quânticos agora são avançados o suficiente para começar a usá-los para testar ideias não convencionais que até agora eram apenas matemáticas”, disse o autor Sorin Paraoanu. "Com trabalho real," a ação assustadora de Einstein à distância "fica ainda mais assustadora. Embora entendamos muito bem o que está acontecendo, ainda nos dá arrepios. ”

Esta pesquisa também tem aplicações potenciais. Vários novos dispositivos ópticos ou de micro-ondas desenvolvidos recentemente parecem se comportar de acordo com as novas regulamentações. Este trabalho abre caminho para a simulação desses dispositivos em computadores quânticos.