Pesquisadores da Universidade de Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japa£o, tem investigado recentemente situações em que dois hamiltonianos distintos podem ser usados ​​para simular os mesmos fena´menos fa­sicos. Um hamiltoniano éuma função ou modelo usado para descrever um sistema dina¢mico, como o movimento de partículas

Em um artigo publicado na Physical Review Letters , os pesquisadores introduziram uma estrutura que pode ser útil para simular a mesma física com dois hamiltonianos distintos. Além disso, eles fornecem um exemplo de simulação anala³gica e mostram como se poderia construir uma versão alternativa de um simulador qua¢ntico digital.

"A ideia surgiu quando eu estava olhando para a geração dina¢mica de emaranhamento em cadeias de spin", disse Karol Gietka, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Phys.org. "Percebi que o comportamento de emaranhamento em função do tempo em um determinado modelo se assemelha muito ao comportamento de emaranhamento no modelo paradigma¡tico de torção de um eixo. Inicialmente, pensei que seria possí­vel mapear um sistema em outro, mas não foi possí­vel já que os hamiltonianos dos dois sistemas eram muito diferentes, o que realmente me confundiu. "

Gietka decidiu repensar os princa­pios dos simuladores qua¢nticos e então percebeu que, além do hamiltoniano, o estado inicial também deveria ser levado em consideração como ingrediente dos simuladores qua¢nticos. Gietka e seus colegas definiram um operador de 'conector' e descobriram que a mesma dina¢mica éobservada a partir de dois hamiltonianos diferentes se o estado inicial for um estado pra³prio do conector.

Esse resultado indica que usar o mesmo hamiltoniano nem sempre éuma condição necessa¡ria. Como exemplo, eles mostraram que a física da torção de um eixo pode ser simulada por uma cadeia de spin com um campo externo, embora o modelo de torção de um eixo tenha interações de alcance infinito e este modelo de cadeia de spin tenha apenas interações vizinhas mais próximas. O hamiltoniano desses dois modelos são fisicamente diferentes, ou seja, tem diferentes espectros de energia, mas ainda assim um pode simular um com o outro se a dina¢mica comea§ar com estados especiais.

"A vantagem de tal abordagem éque ela relaxa as condições impostas ao simulador qua¢ntico universal - uma ma¡quina qua¢ntica capaz de simular um sistema fa­sico arbitra¡rio", disse Gietka. "Uma de suas aplicações, que apresentamos em nosso artigo, éa criação de estados maximamente emaranhados de sistemas de muitos corpos explorando apenas as interações entre os elementos mais pra³ximos do sistema. Outra aplicação éuma versão alternativa do simulador qua¢ntico digital que pode acabou sendo menos complexo em certos casos do que o simulador digital original. "

Notavelmente, o fato de um hamiltoniano de simulador qua¢ntico poder diferir muito do hamiltoniano que se deseja simular poderia estender o escopo da simulação qua¢ntica, pois significa que se poderia criar um simulador cujo hamiltoniano não concorda com o de quaisquer sistemas existentes no mundo . O trabalho desses pesquisadores pode, portanto, permitir o projeto e a realização de diferentes tipos de dispositivos qua¢nticos.

"Agora estou investigando como a ideia de simular a mesma física com dois hamiltonianos distintos pode ser aproveitada para simular a física de sistemas qua¢nticos exa³ticos que aparentemente não deveriam existir", disse Gietka. "Tambanãm estou tentando descobrir como alguém pode usar essa ideia na metrologia qua¢ntica para coletar medições precisas de parametros fa­sicos desconhecidos."