MADRID 6 ago. (EUROPA PRESS) -
Os físicos teóricos usaram a teoria da eficácia térmica para mostrar que o entrelaçamento quântico segue regras universais em todas as dimensões.
"Esse estudo é o primeiro exemplo da aplicação da teoria da eficácia térmica à informação quântica. Os resultados demonstram a utilidade dessa abordagem e esperamos desenvolvê-la ainda mais para entender melhor as estruturas do entrelaçamento quântico", disse Yuya Kusuki, principal autor e professor associado do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Kyushu, em um comunicado. Seu estudo foi publicado on-line na Physical Review Letters.
Na física clássica, duas partículas distantes entre si se comportam de forma independente. Entretanto, na física quântica, duas partículas podem apresentar fortes correlações, independentemente da distância entre elas. Essa correlação quântica é conhecida como emaranhamento quântico.
O entrelaçamento quântico é um fenômeno fundamental subjacente às tecnologias quânticas, como a computação quântica e a comunicação quântica, e a compreensão de sua estrutura é importante tanto do ponto de vista teórico quanto prático.
Uma das principais medidas usadas para quantificar o emaranhamento quântico é a entropia de Rényi. A entropia de Rényi quantifica a complexidade dos estados quânticos e a distribuição de informações, e desempenha uma função crucial na classificação dos estados quânticos e na avaliação da viabilidade da simulação de sistemas quânticos de muitos corpos.
Além disso, a entropia de Rényi é uma ferramenta poderosa nas investigações teóricas do problema da perda de informações do buraco negro e aparece com frequência no contexto da gravidade quântica.
No entanto, descobrir a estrutura do emaranhamento quântico é um desafio tanto para a física teórica quanto para a teoria da informação quântica. Entretanto, a maioria dos estudos realizados até o momento se limitou a sistemas de (1+1) dimensões, ou seja, uma dimensão espacial mais uma dimensão temporal. Em dimensões maiores, a análise da estrutura do entrelaçamento quântico torna-se significativamente mais difícil.
Um grupo de pesquisa liderado por Kusuki, pelo Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe da Universidade de Tóquio (Kavli IPMU, WPI) e pelo professor Hirosi Ooguri do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), além do pesquisador Sridip Pal do Caltech, demonstrou as características universais das estruturas de emaranhamento quântico em dimensões mais altas aplicando técnicas teóricas desenvolvidas no campo da física de partículas à teoria da informação quântica.
A equipe de pesquisa concentrou-se na teoria da eficácia térmica, que recentemente levou a importantes avanços na análise de teorias de dimensões superiores na física de partículas. Essa é uma estrutura teórica projetada para extrair o comportamento universal de sistemas complexos, com base na ideia de que as quantidades observáveis podem, muitas vezes, ser caracterizadas com apenas um pequeno número de parâmetros.
Ao introduzir essa estrutura na teoria da informação quântica, a equipe analisou o comportamento da entropia de Rényi em sistemas quânticos de dimensões superiores.
ALGUNS PARÂMETROS
A entropia de Rényi é caracterizada por um parâmetro conhecido como número de réplica. A equipe demonstrou que, no regime de pequeno número de réplicas, o comportamento da entropia de Rényi é universalmente governado por apenas alguns parâmetros, como a energia de Casimir, uma quantidade física fundamental na teoria.
Além disso, ao explorar esse resultado, a equipe esclareceu o comportamento do espectro de emaranhamento na região em que seus valores próprios são grandes. Eles também investigaram como o comportamento universal muda dependendo do método usado para avaliar a entropia de Rényi.
Essas descobertas são válidas não apenas em dimensões (1+1), mas também em dimensões arbitrárias do espaço-tempo, o que representa um avanço significativo na compreensão das estruturas de emaranhamento quântico em dimensões superiores.
A próxima etapa para os pesquisadores é generalizar e refinar ainda mais essa estrutura. Este trabalho representa a primeira demonstração de que a teoria da eficácia térmica pode ser aplicada com eficácia ao estudo de estruturas de emaranhamento quântico em dimensões superiores, e ainda há muito espaço para o desenvolvimento dessa abordagem.
Ao aprimorar a teoria da eficácia térmica para levar em conta as aplicações da informação quântica, os pesquisadores poderão obter uma compreensão mais profunda das estruturas de emaranhamento quântico em sistemas de dimensões superiores.
No domínio aplicado, as percepções teóricas obtidas com esta pesquisa poderiam levar a melhorias nos métodos de simulação numérica para sistemas quânticos de dimensões superiores, propor novos princípios para a classificação de estados quânticos de muitos corpos e contribuir para uma compreensão da gravidade quântica baseada na teoria da informação quântica. Esses avanços são promissores para futuras aplicações amplas e impactantes.
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