Você pode provar se um grande sistema quântico realmente se comporta de acordo com as regras estranhas e maravilhosas da mecânica quântica — ou se apenas parece que sim? Em um estudo inovador, físicos de Leiden, Pequim e Hangzhou encontraram a resposta para essa pergunta.
Você poderia chamá-lo de ‘detector de mentiras quântico’: o teste de Bell, projetado pelo famoso físico John Bell. Este teste demonstra se uma máquina, como um computador quântico, está realmente utilizando efeitos quânticos ou apenas os imita.
À medida que as tecnologias quânticas se tornam mais maduras, testes cada vez mais rigorosos de quanticidade se tornam necessários. Neste novo estudo, os pesquisadores levaram as coisas para o próximo nível, testando correlações de Bell em sistemas com até 73 qubits — os blocos de construção básicos de um computador quântico.
O estudo envolveu uma equipe global: os físicos teóricos Jordi Tura, Patrick Emonts, o candidato a PhD Mengyao Hu da Universidade de Leiden, juntamente com colegas da Universidade Tsinghua (Pequim) e físicos experimentais da Universidade de Zhejiang (Hangzhou).
O mundo da física quântica
A mecânica quântica é a ciência que explica como as menores partículas do universo — como átomos e elétrons — se comportam. É um mundo cheio de ideias estranhas e contraintuitivas.
Uma delas é a não-localidade quântica, onde partículas parecem afetar instantaneamente umas às outras, mesmo quando estão distantes. Embora pareça estranho, é um efeito real que ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2022. Essa pesquisa se concentra em provar a ocorrência de correlações não locais, também conhecidas como correlações de Bell.
Experimentos inteligentes
Foi um plano extremamente ambicioso, mas a estratégia bem otimizada da equipe fez toda a diferença. Em vez de tentar medir diretamente as complexas correlações de Bell, eles se concentraram em algo que os dispositivos quânticos já fazem bem: minimizar energia.
E isso deu resultado. A equipe criou um estado quântico especial usando 73 qubits em um processador quântico supercondutor e mediu energias muito abaixo do que seria possível em um sistema clássico. A diferença foi impressionante — 48 desvios padrão — tornando quase impossível que o resultado fosse devido ao acaso.
Mas a equipe não parou por aí. Eles foram além e certificaram um tipo raro e mais exigente de não-localidade – conhecida como correlações de Bell genuínas multipartidas. Nesse tipo de correlação quântica, todos os qubits do sistema precisam estar envolvidos, tornando-o muito mais difícil de gerar — e ainda mais difícil de verificar. Notavelmente, os pesquisadores conseguiram preparar uma série inteira de estados de baixa energia que passaram nesse teste com até 24 qubits, confirmando essas correlações especiais de forma eficiente.
Esse resultado mostra que os computadores quânticos não apenas estão se tornando maiores, mas também melhores em exibir e provar comportamentos verdadeiramente quânticos.
Por que isso é importante
Este estudo prova que é possível certificar um comportamento quântico profundo em sistemas grandes e complexos — algo que nunca foi feito em tal escala antes. É um grande passo em direção a garantir que os computadores quânticos sejam realmente quânticos.
Essas percepções são mais do que apenas teóricas. Compreender e controlar as correlações de Bell pode melhorar a comunicação quântica, tornar a criptografia mais segura e ajudar a desenvolver novos algoritmos quânticos.
