В классической физике понятие памяти прозрачно. Система считается бесследной, если ее будущее поведение зависит только от текущего состояния. Если же прошлые состояния продолжают влиять на дальнейшую эволюцию, такая система обладает памятью. В квантовой физике все гораздо сложнее. Квантовые системы способны хранить и передавать информацию способами, не имеющими классических аналогов, а сами измерения играют ключевую роль в том, как эти системы развиваются. Из-за этого определить наличие памяти в квантовой механике до сих пор было очень сложно.
Специалисты Университета Турку в Финляндии, Университета Милана в Италии и Университета Николая Коперника в Торуне в Польше решили заново осмыслить концепцию памяти в квантовых системах. «Наша работа показывает, что память — это не единое понятие, а может проявляться по-разному в зависимости от того, как описывается эволюция системы», — объясняет соавтор исследования, докторант Университета Турку Федерико Сеттимо.
Ученые давно изучают память, отслеживая изменение квантовых состояний во времени — подход, восходящий к работам Эрвина Шредингера. Однако квантовая теория предлагает и другую, не менее важную основу, разработанную Вернером Гейзенбергом. Вместо того чтобы фокусироваться на состояниях, эта перспектива рассматривает эволюцию наблюдаемых величин — измеримых свойств, которые видны в экспериментах.
Хотя оба подхода дают одинаковые экспериментальные результаты, новое исследование показывает, что, когда речь заходит об описании памяти, они не взаимозаменяемы. Ученые обнаружили, что эти две перспективы могут выявлять разные типы памяти. Некоторые эффекты памяти проявляются только при анализе эволюции квантовых состояний, в то время как другие становятся видимыми лишь при изучении наблюдаемых величин.
Это означает, что квантовая система может казаться бесследной в одном описании, но показывать явные признаки памяти в другом. Квантовая память оказалась сложнее, чем считалось ранее, и ее нельзя полностью понять, глядя только на квантовые состояния.
«Наша работа имеет не только фундаментальное значение, но и важна для разработки квантовых технологий, где внешняя среда вызывает шум и эффекты памяти. Понимание того, как можно обнаружить память, необходимо для разработки стратегий подавления шума или использования средовых эффектов в реальных квантовых устройствах», — говорит профессор теоретической физики Университета Турку Юрки Пийло.
Ранее российские физики приспособили многоуровневые кубиты для моделирования магнитных материалов.