Entrellaçament de la física quàntica i de partícules
Un equip internacional d’investigadors teòrics proporciona una visió general exhaustiva de la física quàntica i la seva introducció a la física nuclear i de partícules.
Durant les darreres dècades s’ha progressat enormement en l’aïllament i la manipulació dels sistemes quàntics individuals i en l’estudi en profunditat dels fenòmens quàntics de molts cossos, aconseguint resultats i èxits significatius en el camp de la física quàntica.
Constituïts com un dels pilars de les tecnologies quàntiques, els simuladors quàntics es consideren una branca específica de la computació quàntica. Mentre que la computació quàntica ocupa problemes de processament informàtic més generalitzats, els simuladors quàntics tendeixen a abordar problemes concrets per trobar solucions específiques.
Avui dia, els simuladors quàntics ofereixen la possibilitat de recopilar informació sobre la comprensió i la simulació de sistemes de molts cossos. Aquesta informació és útil a l’estudi de la matèria condensada o la física d’altes energies, aprenent sobre sistemes quàntics complexos, camps d’estudi on o bé no es poden fer experiments o no es poden abordar utilitzant mètodes analítics o numèrics estàndard. Per estudiar els sistemes de molts cossos, aquests simuladors fan servir circuits superconductors, àtoms ultra freds, ions atrapats, àtoms de Rydberg o sistemes fotònics, entre d’altres, per imitar-los per entendre’ls i poder descriure’ls i modelar-los.
En una revisió recentment publicada a Philosophical Transactions A, un equip d’investigadors de l’ICFO i ICCUB-Universitat de Barcelona, juntament amb membres de la Ludwig Maximilians University, Universitat Complutense de Madrid, University of Jagiellonian, Adam Mickiewicz University, University of Swansea, Universität Heidelberg, Johannes Gutenberg-Universität, Vilnius University, Capital, Forschungszentrum Jülich, Universitat de Colònia, UAM/CSIC, , SISSA, Universitat d’Innsbruck, IQOQI i la Universitat Hebrea de Jerusalem, s’han unit per brindar una descripció general de les simulacions quàntiques de la teoria de camp de gauge. Aquesta revisió enriqueix la comprensió general de la física quàntica de molts cossos, aprofundint en el món de la física nuclear i de partícules. També descriu en quin punt es troben aquests camps d’estudi i quines són les perspectives de futur de les seves aplicacions.
Més important encara, els investigadors aporten a aquesta revisió un enfocament nou de les teories del camp de xarxa cristal·lina – lattice gauge theory – en prendre els models teòrics més utilitzats en la teoria de camp de gauge i reemplaçar la seva matèria fermiònica (electrons, protons, neutrons, etc.) amb matèria bosònica (fotons, fondes, etc.), ja que els teòrics han arribat a veure que aquests darrers elements són més accessibles i fàcils de manipular per a l’experimentació.
A l’article, s’assenyalen èxits recents en revisar el model bosònic de Schwinger i l’ús d’àtoms ultra freds per explorar fenòmens correlacionats amb la matèria condensada i la física d’altes energies. També se centren en els avenços que s’han produït darrerament en el camp dels simuladors quàntics, i les diferents plataformes emprades en els experiments de laboratori per estudiar la dinàmica de moltes partícules aïllades en temps real, com ara ions atrapats, àtoms ultra freds o qubits superconductors.
Com assenyala el Prof. ICREA a ICFO Maciej Lewenstein,
“Fer servir sistemes atòmics com a àtoms ultra freds en xarxes òptiques, permet l’estudi al laboratori d’una enorme varietat de models paradigmàtics de la física de la matèria condensada i d’altes energies. Això converteix la idea de Feynman d’un simulador quàntic en una realitat”