Fidelidad entre los estados cuánticos generados por el hamiltoniano de torsión de un eje y los estados generados por el modelo XXX de Heisenberg con campo escalonado. Crédito:Gietka et al.
Investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa en Japón han estado investigando recientemente situaciones en las que dos hamiltonianos distintos podrían usarse para simular los mismos fenómenos físicos. Un hamiltoniano es una función o modelo que se utiliza para describir un sistema dinámico, como el movimiento de partículas.
En un artículo publicado en Cartas de revisión física , los investigadores introdujeron un marco que podría resultar útil para simular la misma física con dos hamiltonianos distintos. Además, proporcionan un ejemplo de una simulación analógica y muestran cómo se podría construir una versión alternativa de un simulador cuántico digital.
"La idea surgió cuando estaba observando la generación dinámica de enredos en cadenas de hilado, "Karol Gietka, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Me di cuenta de que el comportamiento del entrelazamiento en función del tiempo en un determinado modelo se parece mucho al comportamiento del entrelazamiento en el modelo paradigmático de torsión de un eje. Inicialmente, Pensé que se podía asignar un sistema a otro, pero no fue posible ya que los hamiltonianos de los dos sistemas eran muy diferentes, lo que realmente me confundió ".
Gietka se propuso repensar los principios de los simuladores cuánticos y luego se dio cuenta de que, además del hamiltoniano, el estado inicial también debe tenerse en cuenta como un ingrediente de los simuladores cuánticos. Gietka y sus colegas definieron un operador de 'conector' y encontraron que se observa la misma dinámica de dos hamiltonianos diferentes si el estado inicial es un estado propio del conector.
Este resultado indica que usar el mismo hamiltoniano no siempre es una condición necesaria. Como ejemplo, demostraron que la física de la torsión en un eje se puede simular mediante una cadena de espín con un campo externo, aunque el modelo de torsión de un eje tiene interacciones de rango infinito y este modelo de cadena de espín solo tiene interacciones vecinas más cercanas. El hamiltoniano de estos dos modelos es físicamente diferente, es decir, tener diferentes espectros de energía, pero aun así, uno puede simular el uno con el otro si la dinámica comienza con estados especiales.
"La ventaja de tal enfoque es que relaja las condiciones impuestas al simulador cuántico universal, una máquina cuántica capaz de simular un sistema físico arbitrario, "Dijo Gietka." Una de sus aplicaciones, que presentamos en nuestro trabajo, es la creación de estados entrelazados al máximo de sistemas de muchos cuerpos explotando solo las interacciones entre los elementos más cercanos del sistema. Otra aplicación es una versión alternativa del simulador cuántico digital que podría resultar menos compleja en ciertos casos que el simulador digital original ".
Notablemente, el hecho de que un Hamiltoniano simulador cuántico pueda diferir mucho del Hamiltoniano que se quiere simular podría ampliar el alcance de la simulación cuántica, ya que significa que se podría crear un simulador cuyo hamiltoniano no concuerde con el de cualquier sistema existente en el mundo. El trabajo de estos investigadores podría permitir así el diseño y la realización de diferentes tipos de dispositivos cuánticos.
"Ahora estoy investigando cómo se puede aprovechar la idea de simular la misma física con dos hamiltonianos distintos para simular la física de sistemas cuánticos exóticos que aparentemente no deberían existir". ", Dijo Gietka." También estoy tratando de averiguar cómo se puede utilizar esa idea en metrología cuántica para recopilar medidas precisas de parámetros físicos desconocidos ".
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