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Em um novo estudo da Skoltech e da Universidade de Kentucky, os pesquisadores encontraram uma nova conexão entre a informação quântica e a teoria quântica de campos. Este trabalho atesta o papel crescente da teoria da informação quântica em várias áreas da física. O artigo foi publicado na revista Cartas de revisão física.
A informação quântica desempenha um papel cada vez mais importante como princípio organizador que conecta vários ramos da física. Em particular, a teoria da correção quântica de erros, que descreve como proteger e recuperar informações em computadores quânticos e outros sistemas interativos complexos, tornou-se um dos blocos de construção da compreensão moderna da gravidade quântica.
“Normalmente, as informações armazenadas em sistemas físicos são localizadas. Digamos que um arquivo de computador ocupe uma pequena área específica do disco rígido. Por “erro” entendemos qualquer interação imprevista ou indesejada que embaralha informações em uma área extensa. Em nosso exemplo, pedaços do arquivo do computador estariam espalhados por diferentes áreas do disco rígido. Os códigos de correção de erros são protocolos matemáticos que permitem reunir essas peças para recuperar a informação original. Eles são muito usados em sistemas de armazenamento e comunicação de dados. Os códigos quânticos de correção de erros desempenham um papel semelhante nos casos em que a natureza quântica do sistema físico é importante”, explica Anatoly Dymarsky, professor associado do Centro Skoltech de Ciência e Tecnologia de Energia (CEST).
Numa reviravolta bastante inesperada, os cientistas perceberam não muito tempo atrás que a gravidade quântica – a teoria que descreve a dinâmica quântica do espaço e do tempo – opera protocolos matemáticos semelhantes para trocar informações entre diferentes partes do espaço. “A localização da informação dentro da gravidade quântica continua sendo um dos poucos problemas fundamentais em aberto na física teórica. É por isso que o aparecimento de estruturas matemáticas bem estudadas, como códigos quânticos de correção de erros, é intrigante”, observa Dymarsky. No entanto, o papel dos códigos só foi compreendido esquematicamente, e o mecanismo explícito por trás da localidade da informação permanece indefinido.
Em seu novo artigo, ele e seu colega, Alfred Shapere, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Kentucky, estabelecem uma nova conexão entre códigos quânticos de correção de erros e teorias de campos conformes bidimensionais. Estes últimos descrevem interações de partículas quânticas e tornaram-se ferramentas teóricas padrão para descrever muitos fenômenos diferentes, desde partículas elementares fundamentais até quase-partículas emergentes em materiais quânticos, como grafeno. Algumas dessas teorias de campo conforme também descrevem a gravidade quântica por meio de correspondência holográfica.
“Agora temos um novo playground para estudar o papel dos códigos quânticos de correção de erros no contexto da teoria quântica de campos. Esperamos que este seja um primeiro passo para compreender como a localidade da informação realmente funciona e o que se esconde por trás de toda esta bela matemática”, conclui Dymarsky.
Referência: “Soluções de restrições de bootstrap modulares de códigos quânticos” por Anatoly Dymarsky e Alfred Shapere, 21 de abril de 2021, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.161602