Verstrengeling is een eigenschap van de kwantumfysica die zich manifesteert wanneer twee of meer systemen op een zodanige manier met elkaar interacteren dat hun kwantumtoestanden niet onafhankelijk kunnen worden beschreven. In de terminologie van de kwantumfysica wordt gezegd dat ze verstrengeld zijn, dat wil zeggen sterk gecorreleerd. Verstrengeling is van het allergrootste belang voor quantum computing. Hoe groter de verstrengeling, hoe geoptimaliseerd en efficiënter de kwantumcomputer.

Een studie uitgevoerd door onderzoekers verbonden aan de afdeling natuurkunde van het Instituut voor Geowetenschappen en Exacte Wetenschappen van de São Paulo State University (IGCE-UNESP) in Rio Claro, Brazilië, testte een nieuwe methode voor het kwantificeren van verstrengeling en de voorwaarden voor de maximalisatie ervan. Toepassingen zijn onder meer het optimaliseren van de constructie van een kwantumcomputer.

Een artikel over het onderzoek is als brief gepubliceerd in Physical Review B .

De studie liet zien hoe de stelling van Hellmann-Feynman onder specifieke omstandigheden faalt. De stelling beschrijft de afhankelijkheid van de eigen energie van het systeem van een controleparameter en is een belangrijk onderdeel van de kwantummechanica die wordt gebruikt in verschillende disciplines, van de kwantumchemie tot de deeltjesfysica.

"Simpel gezegd stellen we een kwantumanaloog voor van de Grüneisen-parameter die veel wordt gebruikt in de thermodynamica om eindige temperatuur- en kwantumkritische punten te onderzoeken. In ons voorstel kwantificeert de kwantum-Grüneisen-parameter verstrengeling, of von Neumann-entropie, in relatie tot een controleparameter, die kan bijvoorbeeld een magnetisch veld zijn of een bepaald drukniveau", vertelde Valdeci Mariano de Souza, laatste auteur van het artikel en professor bij IGCE-UNESP, aan Agência FAPESP.

"Met behulp van ons voorstel laten we zien dat de verstrengeling gemaximaliseerd zal worden in de buurt van kwantumkritische punten en dat de stelling van Hellmann-Feynman op een kritiek punt uiteenvalt."

Volgens Souza dragen de resultaten bij aan fundamenteel natuurkundig onderzoek en kunnen ze ook rechtstreeks van invloed zijn op quantum computing. Herinnerend aan de voorspelling van Intel-medeoprichter Gordon Moore uit 1965 dat het aantal transistors dat in conventionele computers wordt gebruikt elke twee jaar zou verdubbelen, zei hij dat deze snelle groei in de kracht van klassieke computers niet kon blijven voortduren, terwijl de recente technologische vooruitgang het mogelijk maakt dat quantum computing met grote sprongen vooruitgaat. grenzen, met giganten als Google en IBM voorop.

"Bij conventioneel computergebruik wordt binaire taal in termen van nullen en enen gebruikt om informatie te verwerken. Kwantummechanica legt echter toestanden over elkaar heen en vergroot de verwerkingscapaciteit enorm. Vandaar de groeiende belangstelling voor onderzoek naar kwantumverstrengeling", legde hij uit.

Het onderzoek werd voorgesteld en ontworpen door Souza, en belangrijke bijdragen werden geleverd door Lucas Squillante, een postdoctoraal onderzoeker die hij begeleidt. De andere medewerkers waren Antonio Seridonio (UNESP Ilha Solteira), Roberto Lagos-Monaco (UNESP Rio Claro), Luciano Ricco (Universiteit van IJsland) en Aniekan Magnus Ukpong (Universiteit van KwaZulu-Natal, Zuid-Afrika).

Meer informatie: Lucas Squillante et al, Grüneisen-parameter als verstrengelingskompas en de afbraak van de stelling van Hellmann-Feynman, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.L140403

Journaalinformatie: Fysieke beoordeling B

Geleverd door FAPESP