Testes de Bell e seu Significado

Frequentemente descrito como uma espécie de “detector de mentiras quântico,” o teste de Bell — desenvolvido pelo físico John Bell — revela se uma máquina, como um computador quântico, realmente depende de efeitos quânticos ou simplesmente os imita.

À medida que as tecnologias quânticas avançam, a necessidade de testes mais rigorosos de “quantumness” cresce. Neste novo trabalho, os pesquisadores foram ainda mais longe do que nunca, examinando correlações de Bell em sistemas contendo até 73 qubits, as unidades fundamentais que armazenam informações quânticas.

A colaboração reuniu os físicos teóricos Jordi Tura e Patrick Emonts, a candidata a PhD Mengyao Hu da Universidade de Leiden, especialistas da Universidade Tsinghua (Pequim) e físicos experimentais da Universidade Zhejiang (Hangzhou).

O Mundo da Física Quântica

A mecânica quântica é a ciência que explica como as menores partículas do universo — como átomos e elétrons — se comportam. É um mundo cheio de ideias estranhas e contraintuitivas.

Uma delas é a não-localidade quântica, onde partículas parecem afetar instantaneamente umas às outras, mesmo quando estão distantes. Embora pareça estranho, é um efeito real, e ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2022. Esta pesquisa busca provar a ocorrência de correlações não locais, também conhecidas como correlações de Bell.

Experimentação Inovadora

O projeto era altamente ambicioso, mas uma abordagem inteligente tornou isso possível. Em vez de medir diretamente as intrincadas correlações de Bell — uma tarefa tecnicamente desafiadora — a equipe se concentrou em algo que os processadores quânticos fazem bem: minimizar energia.

A abordagem produziu resultados notáveis. Usando um processador quântico supercondutor, criaram um estado quântico envolvendo 73 qubits e registraram valores de energia muito mais baixos do que qualquer sistema clássico poderia atingir. A diferença foi surpreendente — 48 desvios padrão — tornando praticamente certa a conclusão de que o resultado não era aleatório.

Os pesquisadores então enfrentaram um desafio ainda maior, verificando uma forma mais rigorosa de não-localidade chamada correlações de Bell genuínas multipartidas. Essas correlações exigem que cada qubit no sistema participe, tornando-as excepcionalmente difíceis de criar e confirmar. No entanto, a equipe teve sucesso em gerar uma gama de estados de baixa energia que passaram por este teste exigente com até 24 qubits.

Essa conquista demonstra que os computadores quânticos não apenas estão aumentando em tamanho, mas também melhorando sua capacidade de exibir e validar um verdadeiro comportamento quântico.

Por Que Isso é Importante

As descobertas marcam a primeira vez que um comportamento quântico profundo foi certificado em sistemas tão grandes e complexos. Representa um marco importante na comprovação de que os computadores quânticos operam de acordo com princípios quânticos em vez de aproximações clássicas.

Além da ciência fundamental, este trabalho pode ter benefícios práticos. Uma melhor compreensão das correlações de Bell pode melhorar a comunicação quântica, reforçar a segurança criptográfica e inspirar o design de novos algoritmos quânticos.