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Física de Materiais - UPE

Professor do curso de Física de Materiais publica pesquisa na Physical Review Letters sobre Mecânica Quântica com aplicações em tecnologias emergentes

O professor Gabriel Dias Carvalho, do curso de Física de Materiais da Universidade de Pernambuco (UPE), é coautor de um artigo publicado em uma das revistas científicas mais prestigiadas do mundo na área de Física: a Physical Review Letters (PRL) da American Physical Society. O trabalho, intitulado “Canonical Typicality under General Quantum Channels”, propõe um novo olhar sobre como descrever o comportamento de sistemas quânticos complexos, com importantes implicações para tecnologias quânticas e experimentos de física de átomos frios.

A pesquisa investiga o conceito de canonical typicality que busca explicar por que, mesmo quando um sistema quântico está em um estado puro (completamente determinado), ele pode apresentar um comportamento estatístico como se estivesse em equilíbrio térmico. Isso ajuda a justificar, de forma matemática e conceitual, o sucesso da mecânica estatística em descrever sistemas físicos em escalas quânticas. A novidade do trabalho está em estender essa ideia para casos em que os chamados “subsistemas” não seguem as divisões tradicionais entre sistema e ambiente. Em vez disso, os autores usam canais quânticos, estruturas fundamentais na teoria da informação quântica, para representar formas mais gerais de como experimentos acessam e medem os sistemas físicos.

Um exemplo de aplicações discutido no artigo é a análise de experimentos com gases de átomos ultrafrios em redes ópticas, onde os detectores têm resolução limitada. Nessas situações, não se mede cada átomo individualmente, mas sim blocos de átomos, e o trabalho mostra como descrever corretamente esses sistemas usando o novo formalismo. Outros exemplos de implicações envolvem:

1. Tecnologias de computação quântica, onde a manipulação e leitura de qubits podem envolver canais com perda de informação, influenciando o desenvolvimento de protocolos de correção de erros e o design de dispositivos mais tolerantes a imperfeições experimentais.
2. Simulações quânticas com átomos frios, uma das principais plataformas para explorar novas fases da matéria, possibilitando um aumento da capacidade de simular modelos da física de partículas e materiais.
3. Desenvolvimento de sensores quânticos, que dependem da capacidade de medir e descrever com precisão estados complexos de muitos corpos, com o potencial de melhorar a performance de sensores em detecção de campos magnéticos, relógios atômicos e imageamento biomédico.

A publicação reforça a relevância da pesquisa desenvolvida no curso de Física de Materiais da Escola Politécnica de Pernambuco da UPE em temas de fronteira da ciência contemporânea. O artigo foi escrito em colaboração com pesquisadores da Universidade Federal Fluminense (UFF), da Universidade Estadual de Santa Cruz (UESC) e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), e conta com apoio de agências como o CNPq e o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Informação Quântica (INCT-IQ).

Link para o trabalho:

• Canonical Typicality under General Quantum Channels