En gemensam forskargrupp ledd av professor Jens Eisert från Freie Universität Berlin och Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) har visat ett sätt att simulera de kvantfysiska egenskaperna hos komplexa solid state-system. Detta görs med hjälp av komplexa solid state -system som kan studeras experimentellt. Studien publicerades i den berömda tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ).

"Det verkliga målet är en robust kvantdator som genererar stabila resultat även när fel uppstår och korrigerar dessa fel, "förklarar Jens Eisert, professor vid Freie Universität Berlin och chef för en gemensam forskargrupp vid HZB. Än så länge, utvecklingen av robusta kvantdatorer är fortfarande långt kvar, eftersom kvantbitar reagerar extremt känsligt på de minsta fluktuationerna i miljöparametrar.

Men nu kan ett nytt tillvägagångssätt lova framgång:två postdoktorer från gruppen kring Jens Eisert, Maria Laura Baez och Marek Gluza har tagit upp en uppfattning om Richard Feynman, en lysande amerikansk fysiker från efterkrigstiden. Feynman hade föreslagit att använda riktiga atomsystem med sina kvantfysiska egenskaper för att simulera andra kvantsystem. Dessa kvantsystem kan bestå av atomer som är sammanbundna som pärlor i en sträng med speciella spinnegenskaper, men kan också vara jonfällor, Rydberg atomer, supraledande Qbits eller atomer i optiska gitter. Gemensamt för dem är att de kan skapas och kontrolleras i laboratoriet. Deras kvantfysiska egenskaper kan användas för att förutsäga beteendet hos andra kvantsystem. Men vilka kvantsystem skulle vara bra kandidater? Finns det ett sätt att ta reda på det i förväg?

Eisert team har nu undersökt denna fråga med hjälp av en kombination av matematiska och numeriska metoder. Faktiskt, gruppen visade att den så kallade dynamiska strukturfaktorn för sådana system är ett möjligt verktyg för att göra uttalanden om andra kvantsystem. Denna faktor kartlägger indirekt hur snurr eller andra kvantmängder beter sig över tid, den beräknas genom en Fourier -transformation.

"Detta arbete bygger en bro mellan två världar, ”förklarar Jens Eisert.” Å ena sidan, det finns den kondenserade materiens gemenskap, som studerar kvantsystem och får nya insikter av dem - och å andra sidan finns det kvantinformatik - som behandlar kvantinformation. Vi tror att stora framsteg kommer att vara möjliga om vi sammanför de två världarna, säger forskaren.