3 - Computação Quântica via RMN

Resumo:

Neste curso iremos introduzir os conceitos por trás da importante e atual área de pesquisa chamada de informação quântica (IQ), e os estudantes aprenderão os aspectos experimentais necessários para realizar simulações quântica utilizando a técnica de ressonância magnética nuclear (RMN). Simulações são importantes em várias áreas e não poderia ser diferente na física. Existem sempre grandes desafios ao tentar simular fenômenos que ocorrem na natureza, tais como reações químicas e evolução de sistemas biológicos, ou produzidos artificialmente, como funcionamento de máquinas. Entretanto, é impossível simular sistemas quânticos com grande números de partículas de forma eficiente porque existem fenômenos como superposições de estados e emaranhamento que são intrínsecos ao mundo quântico. Porém, são estes fenômenos interessantes e estanhos que fazem com “computadores quânticos” sejam mais eficazes que os clássicos. Além disso, a descrição matemática da Mecânica Quântica utiliza o espaço de Hilbert, que cresce exponencialmente com o número de partículas. Portanto, somente um sistema quântico pode ser utilizado para simular de maneira eficiente um outro sistema contendo muitas partículas. A RMN é um técnica conhecida por décadas e com diversas aplicações, em várias áreas, tendo sido pioneira na implementação experimental de diversos algoritmos e protocolos quânticos. Além disso, a RMN tem sido aplicada com sucesso em diversas simulações experimentais de sistemas quânticos e também na implementação de vários protocolos e estudos na área de IQ. Neste módulo, os alunos realizarão vários experimentos de RMN que permitem o processamento da informação que pode ser armazenada nos estados quânticos dos spins nucleares. Os alunos aprenderão como preparar estados quânticos, medir suas matrizes densidade e implementar evoluções temporais de alguns Hamiltonianos. Com isto os alunos entrarão em contato com vários fenômenos interessantes que podem ser estudados na área de IQ. Entretanto, neste curso daremos uma ênfase às simulações de sistemas quânticos experimentalmente utilizando a técnica da RMN.