Dois físicos teóricos, da Universidade de Exeter (Reino Unido) e da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (em Trondheim, Noruega), construíram uma teoria quântica descrevendo uma cadeia de ressonadores quânticos que satisfazem a reflexão espacial e as simetrias de inversão de tempo. Eles mostraram como as diferentes fases quânticas de tais cadeias estão associadas a fenômenos notáveis, que podem ser úteis no projeto de futuros dispositivos quânticos que se baseiam em fortes correlações.
Uma distinção comum em física é entre sistemas abertos e fechados. Os sistemas fechados são isolados de qualquer ambiente externo, de tal forma que a energia é conservada porque não há para onde ela possa escapar. Os sistemas abertos estão conectados ao mundo exterior e, através de trocas com o meio ambiente, eles estão sujeitos a ganhos e perdas de energia. Há um terceiro caso importante. Quando a energia que entra e sai do sistema é finamente equilibrada, surge uma situação intermediária entre estar aberto e fechado. Este equilíbrio pode ocorrer quando o sistema obedece a uma simetria combinada de espaço e tempo, ou seja, (1) quando a muda da esquerda para a direita e (2) lançando a seta do tempo deixa o sistema essencialmente inalterado.
Em suas últimas pesquisas, Downing e Saroka discutem as fases de uma cadeia quântica de ressonadores satisfazendo a reflexão espacial e as simetrias de inversão de tempo. Há principalmente duas fases de interesse, uma fase trivial (acompanhada de física intuitiva) e uma fase não trivial (marcada com uma física surpreendente). A fronteira entre estas duas fases é marcada por um ponto excepcional. Os pesquisadores encontraram a localização desses pontos excepcionais para uma cadeia com um número arbitrário de ressonadores, proporcionando uma visão da escala dos sistemas quânticos que obedecem a essas simetrias. É importante notar que a fase não trivial permite efeitos de transporte não convencionais e fortes correlações quânticas, que podem ser usadas para controlar o comportamento e a propagação da luz em escalas de comprimento nanoscópico.
Este estudo teórico pode ser útil para a geração, manipulação e controle da luz em materiais quânticos de baixa dimensão, com o objetivo de construir dispositivos baseados na luz explorando os fótons.
“Nosso trabalho sobre a simetria de tempo parcial em sistemas quânticos abertos enfatiza ainda mais como a simetria sustenta nossa compreensão do mundo físico, e como podemos nos beneficiar dele”, comentou Charles Downing, da Universidade de Exeter.
“Esperamos que nosso trabalho teórico sobre a simetria em tempo parcial possa inspirar mais pesquisas experimentais nesta área fascinante da física”, disse Vasil Saroka, da Universidade de Ciência e Tecnologia da Noruega.
