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La simulación cuántica

Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea está haciendo avanzar los conocimientos en el ámbito de la simulación de sistemas de Teoría Cuántica de Campos Relativista. Esta área de la Física Teórica es importante en disciplinas como la Física de Alta Energía, la Química Cuántica y la Simulación Computacional.
La simulación cuántica
La teoría de la Mecánica Cuántica Relativista (MCR) se centra en la propagación de partículas masivas a todas las velocidades, incluso aquéllas comparables con la velocidad de la luz, y también puede adaptarse a las partículas no masivas. Esta generalización de la mecánica cuántica se adapta mejor que la teoría original a contextos como las predicciones del espín electrónico o la ocurrencia de antimateria. Su resultado fundamental es la ecuación de Dirac, capaz de generar de modo automático tales predicciones.

Los socios del proyecto «Quantum simulations of relativistic systems» (QURELSIM) están abriendo nuevas líneas de investigación con repercusiones de gran alcance para esta disciplina. En concreto, se centraron en el estudio de los escenarios pertinentes para la simulación de sistemas cuánticos relativistas en un sistema cuántico controlable como pueden ser los iones atrapados en una arquitectura de computación cuántica.

La labor del consorcio cubrió subtemas como la interacción de fermiones de Dirac y Majorana, simulaciones fenomenológicas de potenciales de cromodinámica cuantica (QCD), la fraccionalización de carga y los efectos topológicos de los campos de Dirac, o la simetría espontánea de los fermiones interactuantes.

Entre sus resultados, cabe destacar el diseño de un protocolo para la generación de simulaciones cuánticas eficientes de teorías fermiónicas y bosónicas en iones atrapados. Para lograrlos emplearon la simulación cuántica de los modelos de Hubbard y Fröhlich. Sus métodos también se podrían aplicar a la superconductividad de alta Tc ([temperatura crítica)].

Los investigadores han podido de este modo ampliar sus conocimientos sobre la simulación cuántica de operaciones computables aunque físicamente imposibles, así como sobre la versatilidad de dichos métodos. Los resultados del proyecto repercutirán ampliamente en numerosas disciplinas como la Física de Alta Energía, la Química Cuántica, la Óptica Cuántica o las Simulaciones Computacionales.

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