Em 1965, o químico Gordon Moore e co-fundador da Intel publicou um estudo sobre a tendência na computação no que diz respeito ao número de transistores em função do ano, mostrando que o número de transistores dobraria a cada dois anos. Com os avanços tecnológicos nos últimos anos, ficou evidente que a chamada Lei de Moore estaria com seus dias contados. Neste contexto, o interesse pela computação quântica vem ganhando destaque global em diversos grupos de pesquisa, bem como em empresas como a Google e a IBM. Isso se dá pelo fato de que a computação quântica funciona de uma maneira diferente do computador comum. Este último utiliza a chamada linguagem binária, ou seja, o processamento de informação é construído em termos de 0 e 1, ao passo que, em um computador quântico, são empregados fundamentos da mecânica quântica, a chamada superposição de estados, o que permite que a capacidade de processamento seja expressivamente aumentada. Um conceito importante no contexto da computação quântica é o chamado emaranhamento, o qual quantifica como os estados quânticos estão interconectados. Quanto maior o emaranhamento, mais otimizado e eficiente o computador quântico é.
Em artigo publicado recentemente no periódico internacional Physical Review B Letters, pesquisadores do departamento de Física do Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE) da Unesp de Rio Claro, SP propuseram um novo método para quantificar emaranhamento, bem como as condições nas quais o emaranhamento é maximizado, visando otimizar a construção de um computador quântico. Além disso, os pesquisadores demonstraram que, em condições particulares, ocorre a quebra do teorema de Hellmann-Feynman da Mecânica Quântica.
“Dito de forma muito resumida, nós fizemos a proposta do chamado parâmetro de Grüneisen quântico em analogia com a razão Grüneisen termodinâmica, amplamente utilizada na literatura para se explorar pontos críticos a temperatura finita e a vizinhança de pontos críticos quânticos. Na nossa proposta, o parâmetro de Grüneisen quântico quantifica o emaranhamento, ou seja, a entropia de von Neumann, em relação a um parâmetro de controle, que pode ser campo magnético ou pressão, por exemplo. Utilizando nossa proposta, nós demonstramos que o emaranhamento será maximizado na vizinhança de pontos críticos quânticos e que ocorre a quebra do teorema de Hellmann-Feynman no ponto crítico quântico.”, conta Souza à Agência FAPESP.
Figura 1 – Derivada cruzada da energia do ground-state E0 do modelo de Ising 1D sob campo magnético transverso em relação ao módulo do campo magnético B e da constante de acoplamento entre momentos magnéticos vizinhos J e segunda derivada de E0 em relação a B (linha preta) e a entropia de von Neumann SN em função de λ = J/B (linha azul). A região cinza indica a faixa λ onde tanto as derivadas de E0 em relação a J e B quanto SN variam mais expressivamente com λ. As configurações de spin representam as fases ferromagnética para λ < 1 e paramagnética quântica próximo de λ = 1. Inset: SN vs λ para maiores valores de λ, ou seja, para SN → 1, o chamado estado Greenberger-Horne-Zeilinger é atingido. O ponto branco representado em SN vs λ tanto no painel principal quanto no inset indica SN → ∞ para λ = 1, indicando o ponto exato onde a quebra do teorema de Hellmann-Feynman ocorre.
Os resultados obtidos pelos pesquisadores podem ter impacto direto na área de computação quântica, bem como do ponto de vista fundamental da Mecânica Quântica.
A pesquisa foi proposta e idealizada pelo professor Mariano de Souza e teve contribuições importantes de seu pós-doutorando Lucas Squillante. Os pesquisadores Antonio Seridonio (Unesp – Câmpus de Ilha Solteira), Roberto E. Lagos-Monaco (Unesp Câmpus de Rio Claro), Luciano S. Ricco (Universidade da Islândia) e Aniekan Magnus Ukpong (Universidade de KwaZulu-Natal).
O artigo “Grüneisen parameter as an entanglement compass and the breakdown of the Hellmann-Feynman theorem” pode ser acessado em (link).
Por Agência FAPESP / Foto: Divulgação
