Novas pesquisas surgiram propondo uma maneira de gerar consistentemente o caos quântico, um ingrediente chave no controle de sistemas quânticos
O controle de sistemas quânticos grandes, fortemente acoplados e multicomponentes com dinâmica complexa é uma tarefa desafiadora.
É, no entanto, um pré-requisito essencial para a concepção de plataformas de computação quântica e para a avaliação comparativa de simuladores quânticos.
Um conceito chave aqui é o de ergodicidade quântica. Isso ocorre porque a dinâmica ergódica quântica pode ser aproveitada para gerar estados quânticos altamente emaranhados.
Na mecânica estatística clássica, um sistema ergódico evoluindo ao longo do tempo explorará uniformemente todos os estados de microestados possíveis. Matematicamente, isso significa que uma coleção suficientemente grande de amostras aleatórias de um processo ergódico pode representar as propriedades estatísticas médias de todo o processo.
A ergodicidade quântica é simplesmente a extensão deste conceito ao reino quântico.
Intimamente relacionada a isso está a ideia de caos. Um sistema caótico é aquele em que é muito sensível às suas condições iniciais. Pequenas mudanças podem ser amplificadas ao longo do tempo, causando grandes mudanças no futuro.
As ideias de caos e ergodicidade estão intrinsecamente ligadas, uma vez que a dinâmica caótica muitas vezes permite a ergodicidade.
Até agora, tem sido muito desafiador prever quais estados iniciais preparáveis experimentalmente irão desencadear o caos quântico e a dinâmica ergódica ao longo de uma escala de tempo razoável.
Em um novo artigo publicado no Stories on Progress in Physics, uma equipe de pesquisadores propôs uma solução engenhosa para este problema usando o Hamiltoniano de Bose-Hubbard.
Eles tomaram como exemplo átomos ultrafrios em uma rede óptica (uma escolha típica para experimentos neste campo) para avaliar seu método.
Os resultados mostram que existem certos valores limiares tangíveis que devem ser ultrapassados para garantir o início do caos quântico.
Esses resultados serão inestimáveis para experimentalistas que trabalham em uma ampla gama de ciências quânticas.