Simuladores quânticos testam teoria física de 40 anos
Pesquisadores de instituições como o Caltech e a Université Paris-Saclay realizaram experimentos com simuladores quânticos para testar previsões de teorias físicas estabelecidas há quatro décadas. O foco das investigações foi a transição de fase, um fenômeno onde materiais distintos podem seguir as mesmas regras matemáticas em condições específicas.
Transições de fase e comportamento universal
Transições de fase ocorrem quando a matéria muda de um estado para outro, como a água se transformando em vapor. Esse comportamento é descrito por uma característica chamada universalidade, onde detalhes microscópicos se tornam irrelevantes e apenas algumas propriedades essenciais permanecem. As teorias de campo conforme são utilizadas para modelar esse comportamento universal.
Experimento com simuladores quânticos
Os pesquisadores utilizaram simuladores quânticos, que são sistemas especializados relacionados a computadores quânticos, para investigar teorias de campo conforme. O experimento foi realizado por uma equipe liderada pelo professor Manuel Endres, em colaboração com a Université Paris-Saclay e a Universidade Técnica de Munique. Essa abordagem permitiu medir, pela primeira vez, níveis de energia em matéria quântica sintética, conforme previsto pelas teorias Ising e tricrítica Ising.
Medidas de níveis de energia em sistemas quânticos
Para medir os níveis de energia, os pesquisadores desenvolveram uma técnica chamada espectroscopia de modulação de muitos corpos. Eles organizaram átomos de estrôncio em uma linha usando pinças ópticas e ajustaram lasers para excitar os átomos em estados de alta energia. A interação entre os átomos fez com que o sistema se comportasse coletivamente, permitindo a observação dos níveis de energia previstos pelas teorias.
Descobertas sobre simetria e padrões de energia
Os pesquisadores também exploraram a simetria dos níveis de energia, o que revelou uma segunda família de padrões que não eram visíveis nas medições iniciais. Alterações nos átomos nas extremidades da cadeia resultaram em diferentes arranjos da escada de energia, corroborando as previsões da teoria tricrítica Ising. Esses resultados demonstram a capacidade dos simuladores quânticos de investigar questões fundamentais na física.
As descobertas obtidas com os simuladores quânticos não apenas validam previsões teóricas, mas também abrem novas possibilidades para pesquisas em física fundamental. O estudo foi publicado na revista Nature.
