Simuladores quânticos são experimentos em que os físicos ajustam um certo sistema quântico para imitar o comportamento de outro. O objetivo é simular o comportamento de um sistema quântico muito difícil de acessar e controlar, usando outro relativamente mais fácil de se controlar e observar. Um conjunto de átomos ionizados em armadilhas eletromagnéticas pode ser usado para simular o comportamento de elétrons no interior de um material supercondutor, por exemplo. Mas como ter certeza, na prática, de que um simulador quântico funciona corretamente?
“É muito difícil saber se um simulador quântico está funcionando corretamente ou não, por sua complexidade computacional”, explica o físico teórico Leandro Aolita, professor da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e pesquisador visitante do Instituto Sul Americano Para Pesquisa Fundamental (ICTP-SAIFR), sediado no Instituto de Física Teórica da UNESP. Em colaboração com físicos de duas instituições alemãs, Marek Gluza e Jens Eisert, da Universidade Livre de Berlim, e Martin Kliesch, da Universidade Heinrich Heine de Dusseldorf, Aolita propôs um novo método de verificação para simuladores quânticos, mais prático e eficiente que os atuais.
O método atualmente utilizado para verificação de simuladores quânticos envolve um número muito grande de medidas. A técnica funciona quando o experimento envolve apenas alguns átomos, mas se torna impraticável para se verificar simuladores quânticos com dezenas de átomos. Esses experimentos com mais átomos já teriam complexidade suficiente para realizar cálculos quânticos impossíveis mesmo para os melhores supercomputadores atuais.
“Propomos uma técnica para estimar a fidelidade entre o simulador quântico experimental e o simulador quântico ideal”, explica Aolita. “A fidelidade é uma medida de proximidade entre dois estados quânticos. Quanto maior a fidelidade, mais os estados se parecem um com o outro.”
Nos cálculos publicados na revista Physical Review Letters, os pesquisadores mostram como estimar a fidelidade de um simulador quântico de férmions livres, os mais comuns nos experimentos atuais. “Consigo estimar a fidelidade usando poucas medidas”, diz Aolita. “É o que chamamos de testemunha de fidelidade. A testemunha é alta quando a fidelidade é alta. Quando o testemunho é baixo, não temos nada a dizer.”
Artigo científico
Fidelity Witnesses for Fermionic Quantum Simulations
Gluza, M. Kliesch, J. Eisert, e L. Aolita
Phys. Rev. Lett. 120, 190501, arXiv:1703.03152
Contato para imprensa
Igor Zolnerkevic
Assessor de comunicação
comunicacao@sbfisica.org.br