Un fenómeno de localización aumenta la precisión de la resolución de problemas cuánticos de muchos cuerpos con computadoras cuánticas. Por lo demás, estos problemas son un desafío para las computadoras convencionales. Esto pone a su alcance dicha simulación cuántica digital utilizando dispositivos cuánticos disponibles en la actualidad.

Las computadoras cuánticas prometen resolver ciertos problemas computacionales exponencialmente más rápido que cualquier máquina clásica. "Una aplicación particularmente prometedora es la solución de problemas cuánticos de muchos cuerpos utilizando el concepto de simulación cuántica digital, "dice Markus Heyl del Instituto Max Planck de Física del Complejo en Dresde, Alemania. "Tales simulaciones podrían tener un gran impacto en la química cuántica, ciencia de materiales y física fundamental ".

Dentro de la simulación cuántica digital, la evolución temporal del sistema cuántico de muchos cuerpos objetivo se realiza mediante una secuencia de puertas cuánticas elementales mediante la discretización de la evolución temporal, un proceso llamado trotterización. "Un desafío fundamental, sin embargo, es el control de una fuente de error intrínseca, que aparece debido a esta discretización, "dice Markus Heyl.

Junto con colegas internacionales, mostraron en una reciente Avances de la ciencia artículo que la localización cuántica al restringir la evolución del tiempo a través de la interferencia cuántica limita fuertemente estos errores para los observables locales.

Más robusto de lo esperado

"La simulación cuántica digital es intrínsecamente mucho más robusta de lo que cabría esperar de los límites de error conocidos en la función de onda global de muchos cuerpos, ", Dice Heyl. Esta robustez se caracteriza por un umbral agudo en función de la granularidad de tiempo utilizada medida por el llamado tamaño de paso de Trotter. El umbral separa una región regular con errores de Trotter controlables, donde el sistema exhibe localización en el espacio de estados propios del operador de evolución temporal, de un régimen caótico cuántico donde los errores se acumulan rápidamente, lo que hace que el resultado de la simulación cuántica sea inutilizable.

"Nuestros hallazgos muestran que la simulación cuántica digital con pasos de Trotter comparativamente grandes puede retener los errores de Trotter controlados para los observables locales, "dice Markus Heyl." Por lo tanto, es posible reducir el número de operaciones de puerta cuántica necesarias para representar fielmente la evolución temporal deseada, mitigando así los efectos de las operaciones imperfectas de las puertas individuales. ”Esto hace que la simulación cuántica digital para los problemas cuánticos de muchos cuerpos clásicos desafiantes esté al alcance de los dispositivos cuánticos actuales.