Você pode provar se um grande sistema quântico realmente se comporta de acordo com as estranhas e maravilhosas regras da mecânica quântica – ou é apenas assim? Num estudo inovador, físicos de Leiden, Pequim e Hangzhou encontraram a resposta a esta pergunta.
Você poderia chamá-lo de “detector quântico de mentiras”: o teste de Bell foi desenvolvido pelo famoso físico John Bell. Este teste mostra se uma máquina, como um computador quântico, realmente usa efeitos quânticos ou simplesmente os imita.
À medida que a tecnologia quântica se torna mais madura, serão necessários testes mais rigorosos de quantum. No novo estudo, os pesquisadores levaram as coisas para o próximo nível, testando as correlações de Bell em sistemas com até 73 qubits, os blocos básicos de construção dos computadores quânticos.
A pesquisa envolveu uma equipe global: os físicos teóricos Jordi Tura e Patrick Emonts da Universidade de Leiden, o candidato a doutorado Hu Mengyao, bem como colegas da Universidade de Tsinghua (Pequim) e físicos experimentais da Universidade de Zhejiang (Hangzhou).
O mundo da física quântica
A mecânica quântica é a ciência que explica como se comportam as menores partículas do universo, como átomos e elétrons. É um mundo cheio de ideias estranhas e contra-intuitivas.
Um deles é a não-localidade quântica, onde as partículas parecem influenciar-se umas às outras instantaneamente, mesmo a grandes distâncias. Embora pareça estranho, é um efeito real e ganhou o Prêmio Nobel de Física de 2022. O foco deste estudo é demonstrar a ocorrência de correlações não locais, também conhecidas como correlações de Bell.
experimento inteligente
Era um plano extremamente ambicioso, mas a estratégia cuidadosamente otimizada da equipa fez toda a diferença. Em vez de tentar medir diretamente correlações de Bell complexas, eles se concentraram naquilo em que os dispositivos quânticos já são bons: minimizar a energia.
Valeu a pena. A equipe criou um estado quântico especial usando 73 qubits em um processador quântico supercondutor e mediu energias muito mais baixas do que é possível em sistemas clássicos. A diferença é impressionante – 48 desvios padrão – tornando quase impossível que os resultados sejam devidos ao acaso.
Mas a equipe não parou por aí. Eles demonstraram um tipo raro e mais exigente de não localidade – chamado de verdadeira correlação de Bell multipartes. Neste tipo de correlação quântica, todos os qubits do sistema devem participar, tornando a geração mais difícil e a verificação ainda mais difícil. É importante notar que os pesquisadores prepararam com sucesso uma série de estados de baixa energia e passaram no teste com até 24 qubits, confirmando efetivamente essas correlações especiais.
Este resultado mostra que os computadores quânticos não estão apenas ficando maiores, mas também melhorando a exibição e a comprovação do verdadeiro comportamento quântico.
por que isso é importante
Esta pesquisa demonstra que é possível verificar o comportamento quântico profundo em sistemas grandes e complexos – algo que nunca foi feito nesta escala antes. Este é um grande passo em frente para garantir que os computadores quânticos sejam verdadeiramente quânticos.
Esses insights não são apenas teóricos. Compreender e controlar as correlações de Bell poderia melhorar as comunicações quânticas, tornar a criptografia mais segura e ajudar a desenvolver novos algoritmos quânticos.
