Huracanes, embotellamientos, desarrollo demográfico: para predecir el efecto de tales eventos, se requieren simulaciones por computadora. Sin embargo, muchos procesos en la naturaleza son tan complicados que las computadoras convencionales fallan. Los simuladores cuánticos pueden resolver este problema.Los fenómenos en la naturaleza son la interacción entre la luz y la materia en la fotosíntesis. Los físicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT han dado un gran paso hacia la comprensión de la mecánica cuántica del metabolismo de las plantas. Comunicaciones de la naturaleza .
"Un simulador cuántico es la etapa preliminar de una computadora cuántica. Sin embargo, a diferencia de una computadora cuántica, no puede hacer ningún cálculo, pero está diseñado para la solución de un problema determinado", Jochen Braumüller, del Instituto Physikalisches de KIT Instituto de Física dice. Como la alta eficiencia del proceso de conversión de masa y energía de las plantas con la ayuda de la luz no puede entenderse completamente con las teorías físicas clásicas, investigadores como Braumüller utilizan un modelo cuántico. Junto con científicos del Institut für TheoretischeFestkörperphysik TFP, Instituto de Física Teórica del Estado Sólido, demostró por primera vez en un experimento que las simulaciones cuánticas de la interacción entre la luz y la materia, como base de la fotosíntesis y, por lo tanto, nuestra vida, funcionan en principio.
La interacción entre la luz y la materia en la fotosíntesis, por ejemplo, cuando la luz del sol brilla en una hoja, puede describirse como una interacción de fotones de luz con los átomos de la materia a nivel microscópico. La alta eficiencia de este mecanismo de casi 100% sugiere que está sujeto a reglas de física cuántica, que es difícil de simular con computadoras clásicas y bits simples. En ese caso, la información está representada por un interruptor que puede almacenar información como cero o uno. Los bits cuánticos, por el contrario, soncapaz de asumir los estados cero y uno al mismo tiempo de acuerdo con las reglas de física cuántica. Por lo tanto, las computadoras cuánticas o los simuladores cuánticos más simples pueden resolver el problema de manera más rápida y eficiente.
Braumüller y sus coautores ahora han desarrollado uno de los primeros componentes funcionales para un simulador cuántico de interacción luz-materia: los circuitos superconductores como bits cuánticos representan los átomos, es decir, la materia, mientras que los resonadores electromagnéticos representan los fotones, es decir, la luz.los físicos lograron producir un efecto con el bit cuántico y el resonador asumiendo dos estados opuestos al mismo tiempo. "Qubit y el resonador están acoplados", dice Michael Marthaler de TFP de KIT. "Esta también es la razón de la capacidad de cálculo exponencialmente mejorada en comparacióna las computadoras clásicas ". El cumplimiento de este principio fundamental de la mecánica cuántica ha demostrado la viabilidad de la simulación cuántica analógica con circuitos superconductores, dicen los investigadores.
Como siguiente paso, planean extender su sistema por muchos otros bloques de construcción. "La simulación clásica de este sistema extendido tomaría más tiempo que la edad del universo", dice Martin Weides, quien ha estado al frente de un grupo de trabajo en KIT'sPhysikalisches Institut desde 2015. Si la simulación de mecánica cuántica planificada será exitosa, este será un "hito en el camino hacia una computadora cuántica universal".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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