Un equipo de físicos de ICTP-Trieste e IQOQI-Innsbruck ha presentado una idea sorprendentemente simple para investigar el entrelazamiento cuántico de muchas partículas. En lugar de profundizar en las propiedades de las funciones de onda cuántica, que son notoriamente difíciles de acceder experimentalmente, proponen realizar sistemas físicos gobernados por los correspondientes hamiltonianos entrelazados. Al hacerlo, Las propiedades de entrelazamiento del problema original de interés se vuelven accesibles a través de herramientas bien establecidas.

El entrelazamiento cuántico forma el corazón de la segunda revolución cuántica:es una característica clave utilizada para comprender las formas de la materia cuántica, y un recurso clave para las tecnologías cuánticas presentes y futuras. Físicamente, Las partículas entrelazadas no pueden describirse como partículas individuales con estados definidos, pero solo como un sistema único. Incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia, los cambios en una partícula también afectan instantáneamente a las otras partículas. El entrelazamiento de partículas individuales, ya sean fotones, átomos o moléculas, es parte de la vida cotidiana en el laboratorio de hoy. En la física de muchos cuerpos, siguiendo el trabajo pionero de Li y Haldane, el entrelazamiento se caracteriza típicamente por el llamado espectro de entrelazamiento:es capaz de capturar las características esenciales de los fenómenos cuánticos colectivos, como el orden topológico, y al mismo tiempo, permite cuantificar la 'cuántica' de un estado dado, es decir, lo difícil que es simplemente escribirlo en una computadora clásica.

A pesar de su importancia, los métodos experimentales para medir el espectro de entrelazamiento alcanzan rápidamente sus límites, hasta hoy, estos espectros se han medido solo en unos pocos sistemas de qubits. Con un número creciente de partículas, este esfuerzo se vuelve inútil a medida que la complejidad de las técnicas actuales aumenta exponencialmente.

"Hoy dia, es muy difícil realizar un experimento más allá de unas pocas partículas que nos permita hacer afirmaciones concretas sobre los espectros de entrelazamiento, "explica Marcello Dalmonte del Centro Internacional de Física Teórica (ICTP) en Trieste, Italia. Junto con Peter Zoller y Benoît Vermersch en la Universidad de Innsbruck, ahora ha encontrado una manera sorprendentemente simple de investigar directamente el entrelazamiento cuántico. Los físicos dan la vuelta al concepto de simulación cuántica al dejar de simular un determinado sistema físico en el simulador cuántico, pero simulando directamente su operador hamiltoniano entrelazado, cuyo espectro de excitaciones se relaciona inmediatamente con el espectro de entrelazamiento.

"En lugar de simular un problema cuántico específico en el laboratorio y luego intentar medir las propiedades de entrelazamiento, proponemos simplemente dar la vuelta a las tornas y realizar directamente el correspondiente entrelazamiento hamiltoniano, que da acceso inmediato y simple a las propiedades de entrelazamiento, como el espectro de entrelazamiento, "explica Marcello Dalmonte." Sondear a este operador en el laboratorio es conceptual y prácticamente tan fácil como sondear espectros convencionales de muchos cuerpos, una rutina de laboratorio bien establecida ".

Es más, Apenas hay límites para este método con respecto al tamaño del sistema cuántico. Esto también podría permitir la investigación de espectros de entrelazamiento en sistemas de muchas partículas, que es notoriamente difícil de abordar con computadoras clásicas. Dalmonte, Vermersch y Zoller describen el método radicalmente nuevo en un artículo actual en Física de la naturaleza y demostrar su realización concreta en una serie de plataformas experimentales, como los sistemas atómicos, iones atrapados y también sistemas de estado sólido basados ​​en bits cuánticos superconductores.