Aconsegueixen sis ones de llum amb un únic làser

El físic austríac Erwin Schrödinger (1887-1961), un dels grans de la ciència contemporània, va investigar sobre la propietat més interessant en la mecànica quàntica. Segons el seu parer, aquest fenomen va ser el que realment va distingir el món quàntic del món clàssic. L'entrellaçament es produeix quan es creen o interactuen grups de partícules o ones de tal manera que l'estat quàntic de cada partícula o ona no es pot descriure independentment de les altres, per molt que siguin separades. Els experiments realitzats a l'Institut de Física de la Universitat de São Paulo (IF-USP) al Brasil van aconseguir combinar sis ones de llum generades per una simple font de llum làser coneguda com un oscil·lador paramètric òptic.

Aquesta plataforma és capaç de generar un entramat massiu de molts modes òptics amb freqüències diferents però ben definides, com si es connectés els nodes d'una gran xarxa. Els estats quàntics produïts així poden ser controlats per un únic paràmetre: la potencia del làser extern que impulsa tot el sistema.
L'entanglement (amuntegament), és una propietat que implica correlacions quàntiques entre sistemes diferents. Aquestes correlacions són un gran avantatge que pot fer que les computadores quàntiques siguin superiors a les computadores electròniques tradicionals en la realització de tasques com la simulacions o factorització de nombres primers, un funcionament crític per a la seguretat de les dades en el món actual, per aquest motiu, la creació de sistemes amb múltiples components entrellaçats, són un repte important en l'aplicació de les idees de la teoria de la informació quàntica.

Processament més ràpid
En investigacions anteriors de l'equip de IF-USP va entrellaçar dos i tres modes amb l'oscil·lador paramètric òptic. Els seus últims experiments han duplicat l'espai disponible per a la codificació de la informació.

Aquesta idea és més fàcil d'entendre mitjançant una analogia. El bit clàssic és un sistema de dos estats que pot estar en un sol estat en un moment donat, ja sigui zero o un. Aquesta és la base de la lògica binària. El qubit (bit quàntic) pot representar una superposició d'un u o zero o qualsevol situació quàntica d'aquests dos estats, de manera que pot codificar més informació que un bit clàssic.
L'entanglement correspon a la correlació no local de diversos qubits. La no localitat és una característica intrínseca de la naturalesa i una de les diferències clau entre la física quàntica i la física clàssica, que reconeix només correlacions locals. Un làser subministra tota l'energia per al procés, de manera que el feix de llum produït per aquest làser arriba a un cristall i genera dos camps més, que mantenen les característiques del làser: intensa llum monocromàtica amb freqüències ben definides. tres camps intensos: cada camp intens combina un parell de camps extremadament dèbils, de manera que els sis camps s'acoblen al camp principal.

El dispositiu que genera els estats entrellaçats és l'oscil·lador paramètric òptic, que consisteix en un petit cristall entre dos miralls. El cristall té 1 cm de longitud, i la distància entre els miralls és inferior a 5 cm. No obstant això, ja que el refredament és una condició necessària per al procés, el vidre i els miralls es col·loquen dins d'una caixa d'alumini en un buit per evitar la condensació i evitar que el sistema es congeli.

La informació que pot ser codificada per una sola ona està limitada pel principi d'incertesa. En aquest cas, l'amplitud i la fase d'ona es comporten com anàlegs de la posició i velocitat de les partícules, les variables considerades per Werner Heisenberg (1901-76) en la formulació del principi.
Amb l'entrellaçament, es perd una part de la informació en cada ona particular, però la informació global del sistema es conserva de forma compartida. Compartir significa que quan s'observa una sola ona, es possible informar de les altres cinc alhora. Cada feix es dirigeix ​​a un detector i aquesta distribució de la informació en unitats independents augmenta la velocitat de processament.
Les sis ones formen un conjunt, que quan s'obté informació d'una ona, s'obté informació sobre tot el sistema. Quan es canvia, es canvia tot el sistema.

Font: Institut de Física de la Universitat de São Paulo

La simulació quàntica mostra el límit de la mobilitat en un paisatge desordenat de baixa dimensió

Una recent investigació sobre transport electrònic en materials de baixa dimensió (2D o 1D), com el grafè o els nanotubs de carboni, reflecteix el gran potencial d'aquests materials per revelar una comprensió més profunda de les lleis que governen el comportament emergent, a vegades sorprenent, dels electrons. Els científics han investigat materials nous com aquests, per descobrir la física de la superconductivitat topològica i els aïllants topològics. Però un dels majors reptes als quals s'enfronten els investigadors en l'estudi de materials reals és la presència d'impureses no controlades que influeixen en el transport electrònic.

Una manera d'evitar aquest problema, és estudiar els mateixos tipus de fenòmens físics en materials artificials que no tenen imperfeccions naturals. En les últimes dècades, els investigadors han utilitzat àtoms neutres que es mouen en cristalls prístins formats per llum làser per fer simulacions quàntiques per observar efectes físics que serien difícils de veure en materials electrònics reals.
Ara, els científics de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign, que utilitzen una innovadora tècnica de simulació quàntica, han fet una de les primeres observacions d'un límit de mobilitat en un sistema de baixa dimensió. El professor de física, Bryce Gadway i l'estudiant de postgrau Fangzhao Alex An, van poder combinar un material virtual desordenat, en aquest cas un parell de cadenes 1D acoblades amb camps magnètics artificials per explorar aquest fenomen.
El camp magnètic artificial que s'ha dissenyat, fa que els àtoms neutres de l'experiment es comportin com electrons en camps magnètics extremadament grans, equivalents a aplicar centenars d'imants a nivell de Tesla. Es va poder variar la força del camp magnètic artificial sintonitzant les propietats dels àtoms i modificant fortament el límit de la mobilitat observada.

Llavors, què és exactament un límit de mobilitat? Es tracta d'una transició aïllant-a-conductor que depèn de l'energia que es produeix en sistemes desordenats: un règim de transport metàl·lic que sorgeix d'un aïllant especial, anomenat aïllant d'Anderson. Només dos grups han observat un avantatge de mobilitat en les 3-D. Aquest fenomen és induït per un desordre i, d'acord amb les lleis de la física de localització, un límit de mobilitat, i molt menys qualsevol tipus de comportament metàl·lic, no s'hauria de produir en materials 2D o 1D.
Aquesta observació és veritablement ressenyable: aquest tipus de comportament no s'hauria de produir en sistemes de dimensió inferior amb trastorn aleatori. Hi ha una subtilesa per adonar-se en una o dues dimensions que es basa en una mena de trastorn pseudoaleatori. Les correlacions en el trastorn dissenyat, poden permetre la transició d'un aïllant metàl·lic.

El tipus de trastorn correlacionat utilitzat té algunes propietats molt divertides. En particular, hi ha un subtil argument matemàtic que mostra que la transició d'aïllant-metàl·lic que permet és totalment independent de l'energia. Per permetre que sorgeixi un límit de mobilitat, l'ingredient addicional va ser gràcies a la creació de grans camps magnètics.
En aquesta investigació, els científics també van mostrar evidències d'un tipus d'avantguarda encara més intrigant que es va produir en absència dels camps magnètics artificials. Aquest segon tipus de límit de mobilitat es va produir a causa de les interaccions atòmic-àtom, el que va fer que els estats d'energia més alta es comportessin més fortament com un metall i els estats d'energia més baixa per comportar-se amb més força, com un aïllant.

Font: Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign

Mesures cent vegades més precises a nivell de nanoescala

La precisió de mesurar les estructures nanoscòpiques es pot millorar substancialment gràcies a la investigació en sensors òptics que porten a terme la Universitat de Warwick i els investigadors de QuantIC de la Universitat de Glasgow i la Universitat Heriot Watts.
QuantIC és el Centre de Tecnologia Quantica del Regne Unit a Quantum Enhanced Imaging i forma part del Programa Nacional de Quantum Technologies del Regne Unit.
Utilitzant parells de fotons com a components fonamentals de l'energia que conformen la llum, els investigadors han concebut una manera de mesurar el gruix d'objectes que són menys d'un 1/100.000 d'amplada d'un cabell humà.
La nova tècnica consisteix a disparar dos fotons idèntics propers a un component conegut com a transmissor de llum i controlar el seu comportament posterior, amb uns 30.000 fotons detectats per segon i 500.000 en ús durant tot un experiment.
A causa de la tendència de fotons idèntics a buddy up i que continuen viatjant junts -és el resultat d'un delicat efecte d'interferència quàntica-, la nova configuració dels investigadors ofereix la mateixa precisió i estabilitat que les tècniques existents d'un fotó que, a causa dels equips necessaris, són més costoses.
Oferint una sèrie d'usos potencials, inclosa la recerca per comprendre millor les membranes cel·lulars i l'ADN, així com el control de qualitat per a materials nanoscòpics de 2D d'un únic gruix d'àtoms, com el grafè, la nova recerca també és una millora notable en les tècniques actuals de dos fotons amb una resolució millor de 100x.

Per mesurar el gruix d'un objecte transparent (qualsevol objecte a través del qual pugui passar un fotó), cadascun d'un parell de fotons idèntics es dispara per camins separats:
El fotó A continua en un transmissor de velocitat, mentre que el fotó B, s'alenteix amb un objecte transparent abans d'entrar al mateix generador de feix.
Es registra la probabilitat que els fotons surtin del conjunt d'amples junts permetent així, als investigadors mesurar el gruix de l'objecte transparent que ha passat el fotó B. A mesura que s'incrementa el gruix de la mostra, els fotons tenen més probabilitats de sortir del separador de feix per separat.
El doctor George Knee, del Departament de Física de la Universitat de Warwick, que va desenvolupar la teoria darrere del nou mètode, va dir: "El que és realment interessant sobre aquests resultats és que ara podem investigar objectes a nanoescala amb un sensor òptic que funciona amb un efecte físic fonamentalment diferent".

Fins ara, l'anomenada interferència de dos fotons no havia estat capaç d'aconseguir una resolució tan gran, és a dir, que s'estava atrapat amb alguns dels desavantatges dels mètodes establerts basats en la interferència d'un fotó individual -que requereix una tecnologia més cara que la tècnica amb de dos fotons.
S'ha aconseguit una gran millora ajustant l'interferòmetre a un mode operatiu més sensible i eliminant la deriva lenta canviant repetidament la mostra dins i fora.
Per tant, un dels avantatges de ser impermeables a fluctuacions de fase i tenir un rang dinàmic gran, fan que aquests sensors puguin tenir un gran impacte en la imatge biològica i la recerca associada que s'introdueixi. El co-investigador de QuantIC i investigador principal del projecte, el professor Daniele Faccio, que va utilitzar la seva tecnologia de detecció de dos fotons per generar dades va dir: "Els resultats de la nostra col·laboració amb la University of Warwick ofereixen un ventall d'usos potencials, incloent la recerca per comprendre millor les membranes cel·lulars i l'ADN, així com un control de qualitat per a materials nanoscòpics de 2D d'un únic gruix d'àtom, com el grafè. Això permet avançar en l'obtenció d'imatges quàntiques i ajudar a mantenir la posició del Regne Unit en el desenvolupament de noves tecnologies quàntiques".

Font: Universitat de Warwick

Fent un salt quàntic en la comunicació quàntica

La comunicació quàntica, que assegura la seguretat absoluta de les dades, és una de les branques més avançades de la segona revolució quàntica. En la comunicació quàntica, les parts participants poden detectar qualsevol intent d'espionatge recorrent al principi fonamental de la mecànica quàntica: una mesura afecta la quantitat mesurada. Per tant, es pot detectar la mera existència d'un tafaner mitjançant la identificació dels rastres que deixen enrere les seves mesures del canal de comunicació.

El principal inconvenient actual de la comunicació quàntica és la lentitud de la transferència de dades, limitada per la velocitat a la qual les parts poden realitzar mesuraments quàntics.
Els investigadors de la Universitat Bar-Ilan han elaborat un mètode que supera aquest "límit de velocitat", i permet augmentar la velocitat de transferència de dades en més de 5 ordres de magnitud. Les seves conclusions es van publicar recentment a la revista Nature Communications.

La detecció d'homodines és una pedra angular de l'òptica quàntica que actua com una eina fonamental per al tractament de la informació quàntica. Tanmateix, el mètode homodínic estàndard pateix una limitació d'amplada de banda forta. Mentre que els fenòmens òptics quàntics, explotats per a la comunicació quàntica, poden abastar fàcilment un ample de banda de molts THz, els mètodes de processament estàndard d'aquesta informació estan inherentment limitats al rang de MHz a GHz accessible electronicament, deixant una bretxa espectacular entre els fenomens òptics rellevants que s'utilitza per portar la informació quàntica, i la capacitat de mesurar-la. Per tant, la taxa a la qual es pot processar la informació quàntica és fortament limitada.
En el seu treball, els investigadors substitueixen la no linealitat elèctrica que serveix com a cor de la detecció homodínica, que transforma la informació quàntica òptica en un senyal elèctric clàssic, amb una no linealitat òptica directa, transformant la informació quàntica en un senyal òptic clàssic. D'aquesta manera, el senyal de sortida de la mesura roman en el règim òptic, i conserva les enormes ofertes de fenomens d'ample de banda.

"Oferim una mesura òptica directa que conserva l'ample de banda de la informació, en comptes d'una mesura elèctrica que compromet l'ample de banda de la informació òptica quàntica", diu el Dr. Yaakov Shaked, que va realitzar la investigació durant el seu doctorat. Per demostrar aquesta idea, els investigadors realitzen una mesura simultània d'un estat òptic quàntic d'ultra banda ampla, que abasta 55 MHz, presentant comportaments no clàssics en tot l'espectre. Tal mesura, utilitzant el mètode estàndard, seria pràcticament impossible.
La recerca es va realitzar a través d'una col·laboració entre els Laboratoris d'Òptica Quàntica del Professor Avi Pe'er i del Professor Michael Rosenbluh, juntament amb Yoad Michael, el Doctor Rafi Z. Vered i Leon Bello del Departament de Física i l'Institut de Nanotecnologia i Materials Avançats a la Universitat Bar-Ilan.

Aquesta nova forma de mesurament quàntic també és rellevant per altres branques de la segona revolució quàntica, com la informàtica quàntica amb súperpoders, la detecció quàntica amb súper sensibilitat i la imatge quàntica amb súper resolució.

Font: Nature Communications

El nou repetidor quàntic obre el camí a la transmissió de dades quàntiques a gran distància

Els físics han dissenyat un nou mètode per transmetre grans quantitats de dades a llargues distàncies que requereix molts menys recursos que els mètodes anteriors, cosa que aproxima la realització de la transmissió de dades quàntiques de llarga distància. Els resultats poden conduir al desenvolupament de futures xarxes quàntiques, com ara un Internet quàntic a escala mundial.

El treball ofereix un esquema eficient i escalable per a la comunicació quàntica de llarga distància ja que es creu que aquest serà un ingredient essencial per a una futura Internet quàntica, on es transmetran grans quantitats de dades quàntiques. El més important, a diferència de les propostes anteriors, els recursos requerits (per qubit transmès) a cada estació repetidora no s'escalfen amb la distància, la qual cosa fa que la transmissió de dades quàntiques sigui més eficient.
El nou mètode es basa en un tipus alternatiu de repetidor quàntic basat en un dispositiu que genera l'enlairament quàntic en ubicacions distants en una xarxa quàntica per combatre la pèrdua de senyal, una mica ve a ser com un amplificador que augmenta el senyal en les xarxes de comunicació clàssiques.

L'avantatge més gran del nou repetidor quàntic és que la transmissió de dades quàntiques permet distàncies més llargues molt més fàcilment que amb repetidors quàntics anteriors. Normalment, a mesura que augmenta la distància de transmissió, es necessiten més recursos (qubits) a cada estació repetitiva. En esquemes anteriors, la quantitat de recursos creix polilogarítmicament o fins i tot polinomicament en cada estació de repetició amb la distància.
Mitjançant el nou repetidor quàntic, la quantitat de recursos per qubit transmesa es manté constant a cada estació repetitiva; és a dir, és totalment independent de la distància. Això permet que les dades quàntiques es transmetin a distàncies llargues arbitràriament utilitzant una quantitat relativament petita de recursos. En la seva implementació actual, el mètode utilitza uns quants cent qubits a cada estació repetidora, i pot arribar a distàncies intercontinentals.

 Com expliquen els físics, la clau darrere del nou repetidor quàntic és un protocol de destil·lació entrellaçat anomenat hashing, que genera parells perfectes de qubits entrellaçats. Els investigadors també van utilitzar una implementació optimitzada basada en la mesura, el que redueix considerablement el soroll. Aquestes eines proporcionen una alta tolerància a l'error i altes taxes de transmissió, que permeten la transmissió de dades quàntiques en escenaris realment sorollosos, com ara un Internet quàntic.
Només pensar en Internet que ha crescut amb els anys, on la transmissió de dades ha augmentat dramàticament, permet imaginar un Internet quàntic, on es transmeten quantitats d'informació clàssica en comptes de dades clàssiques. De fet, s'han discutit diverses aplicacions molt interessants d'aquesta transmissió de dades quàntiques, entre elles la criptografia quàntica, la computació quàntica distribuïda i la detecció distribuïda la qual requereix grans claus i, per tant, també grans taxes de transmissió quàntica. Es pot dir una cosa similar sobre la possibilitat de computació quàntica distribuïda.
En el futur, els investigadors pretenen ampliar els nous aparells de repetició quàntica per treballar amb xarxes més grans.

La proposta actual és per a la comunicació punt a punt entre un transmissor i un receptor ja que es te la intenció d'utilitzar idees similars per a xarxes quàntiques multicompartides amb molts usuaris. A més, actualment s'estan investigant esquemes nous on s'intenta aplicar tècniques similars a petites escales, prenent algunes de les idees del protocol de Hash. Això podria tenir un impacte en una escala de temps més curta, quan es construeixin els primers prototips de sistemes de comunicació quàntica.

Font: Physical Review Letters

Fluir l'energia a contracorrent sense contradir les lleis de la física, a escala quàntica

En un sistema termodinàmic clàssic, el corrent de calor flueix del cos més calent al més fred, o l'electricitat del potencial més alt al més baix. En els sistemes quàntics passa el mateix, però aquest estat pot ser modificat, i el flux d'energia i partícules invertit si s'introdueix un observador quàntic en el sistema. Aquest és el principal resultat que ha obtingut el grup del professor Àngel Ros de la UPV / EHU (Espanya) i de l'Institut Max Planck PMSD, juntament amb col·laboradors del centre BCCMS de Bremen, del qual es fa ressò la revista Nature Quantum Materials.

En objectes macroscòpics, com podria ser un corrent d'aigua, el fet d'observar-lo corrent no influeix en el flux de l'aigua i, seguint les lleis de la termodinàmica clàssica, aquest flux discorrerà de la part alta a la part més baixa d'aquest sistema. El mateix passa en els fluxos de temperatura, on el corrent va del cos més calent al més fred, o en els sistemes elèctrics. No obstant això, en dispositius quàntics, "el procés d'observació, modifica l'estat del sistema, i això fa que sigui més propens a fer fluir el corrent en una direcció o una altra", explica Àngel Ros, catedràtic de la UPV / EHU, líder del grup de recerca Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV / EHU i director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter d'Hamburg.

Tal com subratlla Ros, això no suposa "una violació de cap teorema fonamental de la física, ni es crea energia del no-res. El que passa és que el fet de mirar, d'introduir un observador en el sistema, exerceix com d'obstacle, com si en una canonada en la qual està fluint l'aigua tanquessis el canal. Òbviament, si es comença a acumular la càrrega, al final acaba anant en l'altra direcció. És a dir, l'observador projecta l'estat del sistema a un estat que transmet el corrent o l'energia en direccions oposades".

Ros recorda la sorpresa que va suposar descobrir que la introducció de l'observador quàntic generava un canvi dels sentits del corrent i de la transferència de l'energia: "En un primer moment vam pensar que es tractava d'un error. Esperàvem trobar canvis, i pensàvem que es podria aturar el transport, però no que hi hauria un canvi complet del flux".
Aquests canvis en la direcció del corrent es poden fer, a més, de forma controlada. Depenent del lloc on s'introdueix l'observador, s'aconsegueix canviar el flux, però hi ha "determinades zones en el dispositiu en què encara miris, no canvia la direcció", aclareix.
Aquest control de calor i corrent de partícules podria obrir la porta a diferents estratègies per dissenyar dispositius de transport quàntics amb control de direccionalitat de la injecció de corrents per a aplicacions en termoelectricitat, espintrònica, fotònica i detecció, entre d'altres. Però Àngel Ros veu llunyanes aquestes aplicacions, perquè troba limitacions per al disseny dels observadors: "Nosaltres hem treballat des d'un punt de vista teòric, on hem proposat un model senzill, i la teoria és fàcil de comprovar, perquè tots els fluxos d'energia i d'entropia es conserven. Una altra cosa seria fer aquest procés experimentalment. Tot i que el tipus de dispositiu que caldria dissenyar existeix, i seria factible fer-ho, en l'actualitat no existeix la possibilitat de fer-ho de manera controlada".

Davant d'aquesta situació, el grup de recerca està buscant altres idees similars, "altres mecanismes alternatius als observadors quàntics, que permetin aconseguir efectes similars i que siguin més realistes a l'hora de ser implementats experimentalment".
En aquest estudi, publicat a la revista Nature PJ Quantum Materials, hi han participat investigadors de l'MPSD (Institut Max Planck per l'Estructura i la Dinàmica de la Matèria) en CFEL (Center for Free-Electron Laser Science) d'Hamburg, juntament amb col·laboradors de la UPV / EHU i el Centre de Ciències Computacionals de Materials de Bremen (BCCMS).

Font: UPV / EHU

Mesurar la freqüència amb molta precisió

Tres equips treballant de forma independent han trobat una manera gairebé idèntica per augmentar la resolució dels sensors magnètics quàntics, el que permet mesuraments de la freqüència amb molta més precisió respecte les tècniques anteriors.

Dos equips, un amb ETH Zurich, l'altre a la Universitat d'Ulm a Alemanya, han publicat els seus resultats a la revista Science. El tercer equip que treballa a la Universitat de Harvard encara no ha publicat els seus resultats, tot i que ha pujat una còpia del seu paper a l’arXiv, servidor de pre-impressió. Andrew Jordan amb la Universitat de Rochester als EUA ha publicat un esbós amb una perspectiva de la mateixa revista Science com a tema sobre la tasca independent dels equips del "descobriment independent múltiple", la qual cosa és interessant en si mateixa.

La detecció quàntica s'ha convertit en una eina essencial per als físics que mesuren les freqüències en una àmplia varietat d'aplicacions. No obstant això, com s'ha assenyalat, ja que ha d'interactuar amb el medi ambient, hi ha degradació. En aquest nou esforç, els tres equips van trobar la mateixa manera d'augmentar la precisió d'aquesta detecció utilitzant un rellotge clàssic.

La millora implicada el mesurament d'un qubit quàntic mitjançant l'estudi de defectes en les vacants del nitrogen (NVS) d'un diamant amb una font magnètica, els fa sensibles a un camp magnètic. En aquest nou esforç, als investigadors dels tres equips aïllats els permet identificar un mitjà per millorar la resposta de la NVS a un camp magnètic, el que porta als tres equips per millorar els seus resultats fent mesuraments repetits en diferents punts temporals.

Això va permetre reunir més freqüència de la informació i, per tant, millora la precisió. Els investigadors informen sobre millores de nous ordres de magnitud respecte als mètodes anteriors.

Font: PhysOrg

Els investigadors utilitzen la xarxa neuronal artificial per simular un sistema de molts cossos quàntics

Un parell de físics conjuntament amb el ETH Zurich han desenvolupat una manera d'utilitzar una xarxa neuronal artificial per caracteritzar la funció d'ona d'un sistema de molts cossos quàntics. En el seu article publicat a la revista Science, Giuseppe Carleo i Matthias Troyer descriuen com ho van fer amb una xarxa neuronal per simular alguns aspectes d'un sistema de molts cossos quàntics. Michael Hush amb la Universitat de Nova Gal·les del Sud ofereix una perspectiva sobre el treball realitzat en el mateix número de la revista i també exposa els problemes d'altres investigadors s'han enfrontat per tractar de resoldre el mateix problema.

Una de les dificultats que enfronten els físics d'avui és trobar una forma de simular sistemes quàntics de molts cossos, és a dir, que mostrin tots els estats que existeixen en un sistema donat, com un tros de la matèria. Tals sistemes complicats creixen ràpidament, un grup de només 100 partícules quàntiques, per exemple, podria tenir fins a 1035 estats d'espín.
Fins i tot els moderns ordinadors més potents, ràpidament se senten aclaparats tractant de representar aquest tipus de sistemes. En aquest nou esforç, els investigadors van agafar un enfocament diferent, en lloc de tractar de calcular tots els estats possibles, que utilitza una xarxa neuronal per generalitzar-lo a tot el sistema.
Ells van crear una versió simplificada del mateix tipus de xarxa neuronal i programar-lo per simular la funció d'ona d'un sistema multi-cos. A continuació, per aconseguir la xarxa neuronal per esbrinar l'estat fonamental d'un sistema. Per veure com de bé funcionava el sistema, van difondre les comparacions amb els problemes que ja s'havien resolt i així, poder informar que el seu sistema era millor que els que es basen en un enfocament de força bruta.

La xarxa neural detecta patrons específics en el sistema quàntic. En aquest cas, la xarxa reconeix correctament que els àtoms amb un gir contrari tendeixen a aparellar-se. Ceditt: ETH Zurich / G. Carleo

El sistema era una prova de concepte, en lloc d'una eina efectiva per a l'ús dels físics, però demostra que és possible tot i els grans esforços.

Font: PHYSorg

Veure el futur quàntic

Els científics de la Universitat de Sydney, a Austràlia, han demostrat la capacitat de veure el futur dels sistemes quàntics, de manera que si s'utilitza aquest coneixement, serà una fita important que podrà ajudar a portar el món de la tecnologia quàntica a la realitat.

Les aplicacions de les tecnologies quàntiques són convincents, de manera que tindrà un impacte significatiu - sobretot en l'àmbit de la detecció i la metrologia. A més, el potencial per construir ordinadors quàntics utilitzant bits quàntics, o qubits, està impulsant la inversió de les companyies més grans del món.

No obstant això, un obstacle important per a la construcció de les tecnologies quàntiques fiables ha estat l'assignació a l'atzar de sistemes quàntics pels seus entorns, o decoherence, que destrueix eficaçment el caràcter quàntic útil.
Els físics han fet un salt en la tècnica per fer front a l'ús de tècniques de grans volums de dades per predir com els sistemes quàntics canviaran i, a continuació, poder preveure la degradació del sistema, quan aquest es produeixi.

En la tecnologia quàntica el temps de vida es mesura generalment en fraccions de segon en lloc d'anys. El professor Michael Biercuk, de la Universitat de l'Escola de Física de Sydney i cap de la investigació al Centre del Consell d'Investigació Australià per Engineered Quantum Systems, va dir que el seu grup ha demostrat que és possible suprimir la decoherència de manera preventiva. La clau ha estat desenvolupar una tècnica per predir com es desintegraria el sistema.
El professor Biercuk destaca els reptes de fer prediccions en un món quàntic: "Els éssers humans fan servir rutinàriament tècniques predictives en la vida diària, per exemple, quan es juga al tennis i predir on anirà la pilota, cosa que anirà en base a les observacions de la pilota quan és a l'aire".

 Professor de Física Quàntica i Tecnologia Michael Biercuk. foto: Universitat de Sydney

"Això funciona perquè les regles que regeixen la forma en què la pilota es mou, com la gravetat, són regulars i conegudes. Però, i si les regles canvien aleatòriament mentre la pilota fa la seva trajectòria cap al jugador? En aquest cas, és gairebé impossible predir el futur comportament de la pilota".
I no obstant això, la situació que cal treballar a causa de la desintegració dels sistemes quàntics, és a l'atzar. D'altra banda, en l'observació del regne quàntic s'esborra la quanticitat, per la qual cosa el seu equip havia de ser capaç d'endevinar com i quan el sistema es trencaria a l'atzar.

Es a dir, en l'exemple de la pilota de tennis, el que realment cal, és tirar la pilota mentre el jugador te els ulls embenats. Amb aquesta premissa, l'equip va tornar a la màquina d'aprenentatge per mantenir els seus sistemes quàntics o qubits.
El que podria ser similar a un comportament aleatori que realment conté informació suficient perquè un programa d'ordinador endevini com el sistema podria canviar en el futur assolint unes prediccions que van ser notablement precises, el que permet a l'equip utilitzar les seves conjectures preventivament per compensar els canvis previstos.
Fer això en temps real, va permetre a l'equip evitar la desintegració del caràcter quàntic, que s'estén  a la vida útil dels qubits.


Font: PHYSorg