Cercetători ai universităţilor din Mainz, Frankfurt, Hamburg şi Ulm au propus o nouă platformă de simulare cuantică. Într-o lucrare teoretică recent publicată în Physical Review Letter se arată că emularea stărilor fizice ale corpurile solide cu proprietăţi electrice specifice (semiconductorii în speţă) poate fi făcută printr-un sistem combinat de capcane ionice crionice (ultra-răcite) şi structuri atomice fermionice.
Un astfel de sistem poate depăşi posibilităţile platformelor existente, capabile de emularea unor fenomene tipice din structurile de tip stare solidă cum ar fi cele implicate de statisticile fermionice de electroni şi de interacţiunile electron-fonon.
Simularea cuantică a fost propusă pentru prima dată în 1982 de Richard Feynman. El a înţeles că un sistem cuantic de calcul poate depăşi de departe orice tehnologie computaţională existentă. Şi asta datorită caracteristicilor de superpoziţie şi interconectare (entanglement) specifice stărilor cuantice, fapt ce asigură pentru sistemul cuantic o dinamică ce urmează, în mod simultan, istorii distincte. În felul acesta, se poate prognoza că cele mai puternice calculatoare actuale se vor dovedi extrem de limitate - în ceea ce priveşte puterea de calcul - faţă de cel mai simplu şi modest sistem cuantic de calcul. Feynman a sugerat construirea unui sistem cuantic uşor accesibil şi simplu controlabil în regim de laborator, care să "mimeze" sistemul cuantic de interes. Ar fi, dacă vreţi, ceva similar unui test de ciocnire a corpurilor în laborator, modelând astfel dinamica fenomenelor de coliziune din lumea reală.
În lucrarea lor, autorii demonstrează că un cristal ionic sau un gaz Fermi degenerat (cu stări cuantice degenerate) poate emula structura cuantică a unui corp solid construit din nuclee atomice şi electroni. Un astfel de emulator poate constitui simulatorul cuantic pentru sistemul studiat. Cercetătorii au mai arătat că o tranziţie de fază a unui corp fizic, precum cea de la starea de conductor la starea de izolator, poate conduce la stări cuantice similare emulatoarelor descrise mai sus. Acest surprinzător efect cuantic este cunoscut sub numele de tranziţie Peierls şi se bazează pe statistica fermionică şi pe cea de tip reţea fononică a ansamblurilor atomice. Autorii speră ca rezultatele obţinute să-i ajute în studiul, de exemplu, al interacţiunilor fononice dintre atomi, la fel cum cercetările asupra interacţiunilor fononice dintre electroni au putut explica fenomenul de superconductivitate.
Traducere de George Mahalu după quantum-simulation cu acordul editorului
