A célula de teleportação de energia quântica

Por que a biblioteca sugere isto

Segure a contabilidade: a medição paga, o fio leva só o resultado, e a ponta receptora não consegue recolher mais do que foi pago. Mexa no modelo e veja onde essa ponta para.

O livro-razão da teleportação quântica de energia

Duas células ocupam o estado fundamental emaranhado de um sistema pequeno. Alice mede a sua e o aparelho dela paga por isso, porque uma operação local sobre um estado fundamental só consegue elevá-lo. Um bit clássico atravessa até Bob sem ultrapassar a velocidade da luz, e a operação que esse bit seleciona permite ao aparelho dele recolher a energia que já estava ao seu lado como flutuação suprimida. Mantenha o livro aberto enquanto mexe no modelo e repare na única coisa que nunca acontece: sair mais do que entrou.

O que olhar

O livro-razão de duas célulasEnergia por célula à medida que se acrescentam células. Ilustrativo — não são dados

• Pago na medição
• Teto: nunca mais do que foi pago

Leitura

Parâmetro h do modelo

1,5

Parâmetro k do modelo

1,0

Voltar aos parâmetros publicados

Pago na medição:

1,25

Atravessa um bit clássico:

1

Teto: nunca mais do que foi pago:

1,25

Entregue sobre gasto:

1,00

Leitura: Pago na medição: 1,25 na unidade de energia do modelo. Atravessa um bit clássico. Teto: nunca mais do que foi pago: 1,25.

Com h igual a 1,5 e k igual a 1 no ibmq jakarta, o termo de acoplamento na ponta de Bob marca menos 0,1079, cerca de 76 por cento do valor exato, e sai negativo em todas as seis máquinas da IBM usadas. Essa leitura negativa é toda a observação: a energia local desceu abaixo do nível do estado fundamental.

A transferência ganha à dinâmica do próprio sistema. Alice comunica em cerca de dez nanossegundos contra um tempo de acoplamento da ordem de cem, por isso Bob tem a sua energia antes de a cadeia lhe poder ter levado alguma.

A repetição independente usou três núcleos de carbono 13 em ácido crotónico trans num espectrómetro de 700 megahertz à temperatura ambiente, e demorou catorze milissegundos contra um acoplamento entre spins de 1,16 hertz: muito mais depressa do que a energia levaria a atravessar a molécula.

À distância, o protocolo no vácuo fica limitado a um sobre doze pi vezes a separação, porque a região abaixo do vácuo na ponta de Bob precisa de energia positiva perto que a sustente. Coloque um estado de vácuo comprimido no intervalo e esse apoio passa a vir do próprio intervalo, e a queda desaparece.

Inverta a mesma maquinaria e ela põe numa única célula mais energia do que permite uma parte igual do total: a metade de armazenamento desta mesma arquitetura.

O protocolo está na literatura desde 2008 e já foi executado em qubits supercondutores e em spins nucleares, medindo-se em ambos os casos a energia na ponta recetora a descer abaixo do nível do estado fundamental.

A medição que resolveria a questão: energia entregue por célula recetora e energia total gasta por célula recetora, ambas face ao número de células, em equipamento que já existe. O primeiro degrau não custa mais do que entrar numa conta de um computador quântico público.

As fichas que este instrumento lê

• Hotta, o protocolo em cadeias de spins com que tudo começou (2008) (em inglês)
• Hotta, a informação da medição como chave da energia do vácuo local (2008) (em inglês)
• Hotta, a revisão introdutória do protocolo (2011) (em inglês)
• Hotta, Matsumoto e Yusa, a versão sem limite de distância (2014) (em inglês)
• Frey e colegas, os limites exatos da extração local de energia (2019) (em inglês)
• Ikeda, a demonstração em equipamento supercondutor (2023)
• Rodríguez-Briones e colegas, a experiência com spins nucleares (2023)
• Hotta e Ikeda, o protocolo ao contrário como bateria quântica (2025)

ibmq lima · ibmq jakarta · ibmq hanoi · ibm cairo · ibm auckland · ibmq montreal · 14 ms · 10 ns

O protocolo de Masahiro Hotta move energia para fora de um trecho de campo que não tem nenhuma, usando uma medição aqui, uma mensagem clássica, e uma operação condicionada ali (Quantum measurement information as a key to energy extraction from local vacuums, 2008). Kazuki Ikeda o executou em seis máquinas da IBM, uma delas gratuita ao público, e mediu a energia local caindo abaixo do nível do estado fundamental (Demonstration of Quantum Energy Teleportation on Superconducting Quantum Hardware, 2023). Nayeli Rodríguez-Briones e colegas o fizeram em três núcleos de carbono numa molécula de ácido crotônico em catorze milissegundos, muito mais rápido do que a energia poderia ter atravessado a molécula (Experimental Activation of Strong Local Passive States with Quantum Information, 2023). A fronteira exata do que operações puramente locais podem fazer — e o fato de que mensagens clássicas reabrem a porta — é traçada em Fundamental Limitations to Local Energy Extraction in Quantum Systems (2019), e o limite de distância que mantinha o protocolo em escala milimétrica é removido colocando vácuo comprimido no vão (Quantum energy teleportation without a limit of distance, 2014).

O experimento ou a construção

Comece num computador quântico público: o circuito tem seis portas de profundidade e roda de graça. Depois construa a versão física — uma cadeia de qubits supercondutores, ou a versão de ressonância magnética nuclear num espectrômetro de bancada — e transforme-a numa questão de engenharia em vez de uma demonstração: coloque muitas células em paralelo, meça a energia entregue por célula, e meça a energia total gasta em medição, controle e o canal clássico. A medição decisiva é a razão entre a energia entregue na ponta receptora e a energia total gasta em todo o aparato, em função do número de células. Ninguém espera que essa razão ultrapasse um; o que ninguém publicou é como ela escala, e a escala é toda a questão de engenharia. Um resultado complementar mostra o mesmo protocolo rodado ao contrário colocando mais energia numa única célula de uma bateria quântica do que a cota clássica permite (Exceeding the maximum classical energy density in fully charged quantum batteries, 2025), que é a metade de armazenamento da mesma arquitetura.