Vea También
 |
| Crédito: Mikko Raskinen |
Investigadores de la Universidad de Aalto y la Universidad de Tampere han desarrollado un nuevo método teórico para estudiar las transiciones dinámicas de fase en sistemas cuánticos fuertemente correlacionados. La dinámica de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos lejos del equilibrio es una de las áreas de investigación más activas de la física. Este trabajo innovador se ha publicado recientemente en Physical Review X.
Además del interés fundamental que tiene desde hace tiempo, la dinámica cuántica de los sistemas correlacionados es de gran actualidad para los nuevos ordenadores cuánticos. La primera aplicación de la nueva tecnología es la simulación cuántica de muchos cuerpos, que es muy difícil para los ordenadores tradicionales.
Por otra parte, los ordenadores cuánticos de primera generación son todavía limitados, y la dinámica cuántica puede emplearse para evaluar su rendimiento.
"Por ello, la comparación de sus predicciones con las obtenidas por otros medios ofrece información sobre su capacidad para simular sistemas cuánticos. El nuevo método de predicción de las transiciones de fase dinámicas cuánticas podría emplearse de este modo para estudiar el rendimiento de los ordenadores cuánticos", afirma Teemu Ojanen, profesor de física computacional de la Universidad de Tampere.
Las transiciones de fase son el fenómeno básico de la física estadística de equilibrio. Una transición de fase es un fenómeno natural en el que un pequeño cambio en un parámetro, como la temperatura, provoca un cambio drástico en las propiedades de una sustancia, por ejemplo, que el agua se convierta en hielo. Las transiciones de fase se producen a nivel general en sistemas compuestos por un gran número de constituyentes elementales, por ejemplo las moléculas de una sustancia.
Las transiciones de fase sólo se producen en el límite de un número infinito de constituyentes, en el que las propiedades del sistema cambian de forma realmente discontinua. Este límite se denomina límite termodinámico, un concepto esencial para entender las transiciones de fase. El número de moléculas en una cantidad macroscópica de agua o de cualquier otra sustancia es tan astronómicamente grande que el límite termodinámico se alcanza de hecho a todos los efectos prácticos.
El estudio de las transiciones de fase, en sus diversas formas, ha mantenido ocupados a los científicos desde los inicios del quehacer científico. Con la limitada financiación de que disponen, los científicos, y en particular los físicos, no pueden permitirse el lujo de estudiar directamente las transiciones de fase en el límite termodinámico. Para superar esta limitación, han ideado diversos métodos para inferir la existencia de una transición de fase a partir del análisis de sistemas de pequeño tamaño. Estos métodos son especialmente importantes en el caso de los sistemas cuánticos, que requieren una gran potencia de cálculo incluso para un número vergonzosamente pequeño de componentes.
Fuentes, créditos y referencias:
Sebastiano Peotta et al, Determination of Dynamical Quantum Phase Transitions in Strongly Correlated Many-Body Systems Using Loschmidt Cumulants, Physical Review X (2021). DOI: 10.1103/PhysRevX.11.041018