Квантовый инструмент
открывает двери
к неизведанным явлениям.
Исследователи под руководством Питера Золлера из Инсбрукского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук (ÖAW) предложили новый подход к изучению запутанности в квантовых материалах, который может значительно улучшить понимание возникновения этого явления и его законов. Однако, говоря о результатах работы учёных, более глубокое понимание квантовых материалов ‒ далеко не общие слова. Дело в том, что их метод ‒ и это, наверное, самое любопытное из его возможностей ‒ позволяет исследовать ранее недоступные физические явления. То есть фактически они создали новый инструмент для определения и изучения запутанности в системах из многих тел, действенность которого подтвердили экспериментально.
В условиях квантовой запутанности свойства нескольких частиц оказываются настолько сильно взаимосвязанными, что уже невозможно определить состояние каждой отдельной, и приходится рассматривать их совокупность как одно целое. В итоге свойства материала определяются именно этим целым, а не каждой отдельно взятой частицей из находящихся в этом определённом состоянии. Главной же особенностью запутанности частиц в кантовых материалах стало то, что она может быть разной интенсивности. То есть частицы могут быть связаны сильнее или слабее.
О самой запутанности учёные знают уже немало, но определить её ‒ остаётся крайне ресурсоёмкой задачей. Чтобы описать большие квантовые системы сегодня требуется просто невообразимое количество измерений. Только после этого можно будет провести анализ данных и почерпнуть из них сведения о существующей запутанности. Однако команда решила попробовать срезать этот путь.
Для этого инсбрукские физики-экспериментаторы использовали квантовый симулятор ионной ловушки с 51 частицей. В этой контролируемой лабораторной среде, частица за частицей, был сымитирован и изучен со всех сторон реальный материал, на основе измерений которого выявилась зависимость их результатов с температурными показателями. Оказалось, что полученные температурные профили весьма неплохо коррелируют с состоянием запутанности частицы: сильное взаимодействие с окружающей квантовой средой является «горячим», а слабое, соответственно, ‒ «холодным».
«Это точно соответствует ожиданиям, что запутанность особенно велика там, где взаимодействие между частицами сильное», ‒ говорит Кристиан Кокайл, один из авторов статьи, опубликованной в журнале Nature.
Однако не всё оказалось предсказуемо. Будучи отличительной особенностью квантовых систем из многих тел, запутанность является краеугольным камнем микромира и изучающей его физики, и в этом смысле вклад сегодняшнего исследования трудно переоценить ‒ в ходе эксперимента учёные впервые воочию наблюдали эффекты, которые ранее описывались только теоретически.
Кроме этого, раскрытие структуры запутанности большого числа частиц в экспериментах по квантовому моделированию ‒ фундаментальная задача уже для квантовой информатики. И тут, видимо, данная работа также значительно расширила горизонты ИТ-исследований.
По материалам АРМК.
