Forrás: hu.scienceres.com
A fizikusok eléggé ügyesek a kvantumrendszerek szabályozására és bizonyos összekapcsolt állapotok kialakítására. Most JQI kutatók, Alexey Gorshkov és a kísérletező Christopher Monroe által vezetett kutatók ezeket a készségeket dolgozzák fel a korrelált kvantumrendszerek dinamikájának feltárására.
Mit jelent az, hogy az objektumok lokálisan és globálisan kölcsönhatásba lépnek? Hogyan fordulnak a helyi és globális interakciók nagyobb, egyre inkább összekapcsolt hálózatokra? Milyen gyorsan alakulhatnak ki bizonyos összefonódási minták? Ezek azok a kérdések, amelyeket a Monroe és a Gorshkov csapatok kérdeznek. A közelmúltban a kvantum-sokrendszeren keresztüli információáramlásokkal kapcsolatos legújabb eredményeik megjelennek ezen a héten a folyóiratban Természet , és egy második papírban Fizikai áttekintés betűk .
A kutatók gazdag választékot tudnak készíteni az ultracold atomkísérletekben, lehetővé téve számukra, hogy feltárják a komplex és tömegesen összefonódó kvantumrendszerek viselkedését. A Monroe csoport kísérleti munkájában a fizikusok azt vizsgálták, hogy milyen gyorsan alakulnak ki a kvantumcsatlakozások egy tizenegy yterbium-ion kristályában egy elektromágneses csapdába. A kutatók lézersugarakat használtak az ionok közötti kölcsönhatások megvalósítására.Ilyen körülmények között a rendszert bizonyos típusú „spin” modellek írják le, amelyek számos fizikai jelenség, köztük a mágnesesség létfontosságú matematikai ábrázolása. Itt minden atomion izolált belső energiával rendelkezik, amelyek a különböző spin állapotokat képviselik.
A gondosan megválasztott lézersugarak jelenlétében az ionpörgetések befolyásolhatják szomszédaikat, mind közel, mind messze. Valójában ennek a spin-spin kölcsönhatásnak az erőssége és formája a tervezés kulcsfontosságú jellemzője. Monroe laboratóriumában a fizikusok képesek különböző típusú korrelált állapotokat tanulmányozni egyetlen tiszta kvantumkörnyezetben.
A dinamika megismeréséhez a kutatók kezdetben korrigálatlan állapotban készítették az ionspin rendszert. Ezután hirtelen globális spin-spin kölcsönhatást indítottak. A rendszer hatékonyan kiegyenlíti az ilyen gyors változást, és a pörgetések reagálnak, az új körülmények között fejlődnek. A csapat különböző időpontokban pillanatfelvételt készített az ionpörgetésekről, és megfigyelte a sebességet, amellyel a kvantum korrelációk növekedtek.
A centrifugálási modellek magukban nem tartalmaznak kifejezetten beépített korlátot arra vonatkozóan, hogy milyen gyorsan terjedhet az információ. A klasszikus és a kvantumrendszerekben a végső határértéket a fénysebesség adja. Évtizedekkel ezelőtt azonban a fizikusok azt mutatják, hogy lassabb információs sebességkorlátozás keletkezik a spin-spin kölcsönhatások bizonyos típusai miatt, hasonlóan a mechanikai rendszerek hangterjedéséhez. Míg a határértékek jobban ismertek abban az esetben, ha a centrifugák túlnyomórészt a legközelebbi szomszédjaikat befolyásolják, a kiterjesztett interakciók jelenlétében az információterjesztésre vonatkozó korlátozások kiszámítása kihívást jelent. Intuitív módon minél több objektum kölcsönhatásba lép más távoli objektumokkal, annál gyorsabban kell kialakulnia a távoli régiók közötti összefüggéseknek. Valójában a kísérleti csoport megállapítja, hogy a hosszú távú kölcsönhatások összehasonlító sebességet biztosítanak az információ továbbítására az ionspin kristályon keresztül. A beírt papírban Fizikai áttekintés betűk Gorshkov csapata javítja a meglévő elméletet, hogy a legközelebbi szomszédtól a hosszú hatótávolságig terjedő interakciók jelenlétében sokkal pontosabban megjósolja a korreláció képződésének sebességkorlátozásait.
A kvantuminformáció terjedésének teljes megértése és megértése természetesen nem a történet vége; ez is nagy hatással van a kvantumrendszerek általánosabb megértésére. Például az összekapcsolódás növekedése, amely egy olyan információforma, amelynek be kell tartania a fent leírt határokat, szorosan összefügg a kvantumrendszerek számítógépen való modellezésének nehézségével. Dr. Michael Foss-Feig elmagyarázza: "Az elméleti szemszögből a kísérletek hűvösek, mert ha valamit kvantum szimulátorral akarunk csinálni, ami túlmutat azon, hogy milyen számítások adhatók meg, a hosszú távú interakciós rendszerek dinamikája várhatóan Ebben az esetben az összecsapódás olyan pontra nőhet, hogy a sok testű rendszerre vonatkozó dolgok kiszámítási módszerei lebomlanak. "
Dr. Zhexuan Gong elmélete szerint mindkét mű összefüggésében: "Megpróbálunk határokat szabni arra vonatkozóan, hogy milyen gyorsan képesek a korreláció és az összekapcsolódás egy általános sok testrendszerben kialakulni. Ezek a határok nagyon hasznosak, mert hosszú távú kölcsönhatásokkal a matematikai eszközök és a legmodernebb számítógépek aligha tudják megjósolni a rendszer tulajdonságait, majd ezeket az elméleti határokat vagy egy laboratóriumi kvantum szimulátort kell használnunk, hogy elmondja nekünk, milyen érdekes tulajdonságokat jelent egy nagy és bonyolult pörgetési hálózat Ezek a határok iránymutatásként szolgálnak arra, hogy milyen interakciós mintázatot kell elérni kísérleti úton, hogy nagyban felgyorsítsák az információ terjedését és az összekapcsolódás generálását, mind a gyors kvantum számítógép, mind a gyors kvantumhálózat létrehozásának kulcsát. "
A kísérleti oldalról Dr. Phil Richerme a perspektíváját adja: „Megpróbáljuk a világ legjobb kísérleti platformját létrehozni a Schrodinger-egyenlet kialakításához matematika, amely leírja, hogyan változik a kvantumrendszer tulajdonságai az időben. a rendszert ismert állapotban felfelé fordítjuk és forgassuk el a forgattyút, és hagyjuk, hogy fejlődjen, majd végezzen méréseket a végén. A rendszerméreteknél, amelyek nem sokkal nagyobbak, mint itt, a hagyományos számítógép esetében ez lehetetlenné válik. "