As tecnologias quânticas dependem de mais do que apenas emaranhamento. Outro ingrediente menos conhecido é a não estabilização, muitas vezes chamada magia
Esta propriedade determina se um sistema quântico pode superar até mesmo o supercomputador clássico mais rápido. Até agora, os cientistas podiam quantificar a magia em sistemas de qubits, mas não em sistemas de bósons, como fótons ou dispositivos híbridos de bósons e spins acoplados, como aqueles usados em {hardware} quântico actual.
Neste novo trabalho, uma equipe de pesquisadores de Taiwan e do Japão propôs a primeira forma unificada de medir a magia em sistemas que combinam spins e bósons. Essas plataformas híbridas aparecem em todos os lugares, desde circuitos supercondutores até processadores quânticos de íons aprisionados. No entanto, os recursos quânticos dentro deles continuam difíceis de identificar.
A nova estrutura da equipe usa a forma de um estado quântico no espaço de fase para definir uma família de entropias mágicas que se aplicam de forma limpa a qubits, bósons e, principalmente, às interações entre eles.
Para testar a ideia, os investigadores examinaram o modelo de Dicke, um sistema paradigmático em que muitos spins se acoplam a um único campo de luz. À medida que o sistema se aproxima de uma transição de fase superradiante (uma reorganização coletiva dramática), o comportamento não clássico compartilhado entre spins e fótons (a magia híbrida) atinge o pico nesta transição. Isso fornece outra maneira de identificar o ponto crítico, juntamente com ferramentas familiares, como o emaranhamento. Outro resultado interessante é que, nos sistemas finitos aqui estudados, a magia quântica no setor de spin aumenta acentuadamente, enquanto a magia bosônica satura até um valor finito. Este contraste sugere que estas medidas capturam diferentes aspectos do estado quântico.
A equipe também analisou como a magia evolui dinamicamente no modelo Jaynes-Cummings, onde um único spin e um único fóton trocam energia. À medida que os dois sistemas trocam excitações, a magia flui para frente e para trás e tem comportamentos diferentes para partes bosônicas e de spin, fornecendo uma imagem de como o poder computacional migra através de um dispositivo quântico em tempo actual.
À medida que os computadores quânticos se tornam mais complexos, os cientistas e engenheiros precisam de formas fiáveis para diagnosticar quais as partes das suas máquinas que produzem vantagens quânticas genuínas. Esta nova estrutura dá-lhes uma ferramenta poderosa para fazer exatamente isso, e funciona não apenas para qubits, mas para as arquiteturas híbridas que provavelmente definirão a próxima geração de tecnologias quânticas.