Dowód twierdzenia Poincarego dla układu kwantowego

Dowód twierdzenia Poincarego dla układu kwantowego
Naukowcy z Uniwersytetu Politechnicznego w Wiedniu byli w stanie zastosować twierdzenie powtórzenia Poincaré do wielocząstkowego układu kwantowego. Stało się tak, pomimo faktu, że stany kwantowe żyją zgodnie z zupełnie innymi regułami, pisze Science Daily.

Pod koniec XIX wieku francuski naukowiec Henri Poincare badał systemy, których nie można w pełni przeanalizować. Na przykład systemy gwiezdne lub cząstki gazu, które biegną jedna na drugą. Jego zdaniem, jeśli ktoś wystarczająco długo zwleka, planety będą musiały utworzyć linię prostą, a cząstki gazu po interwencji powrócą do swojego pierwotnego stanu.

Analogiczne twierdzenie można zastosować do układów kwantowych, ale ma ono bardzo odmienne zasady. "W fizyce kwantowej musimy wymyślić zupełnie nowy sposób rozwiązania tego problemu" – mówi profesor Jorg Schmidmeier z Instytutu Fizyki Atomowej i Subatomowej. – Z bardzo podstawowych powodów, stan dużego układu kwantowego składającego się z wielu cząstek nigdy nie może być idealnie zmierzony. Ponadto cząstki nie mogą być uważane za niezależne obiekty, musimy wziąć pod uwagę, że są one mechanicznie splątane mechanicznie. "

Naukowcy już próbowali zademonstrować efekt" powtórzenia Poincarégo "w układach kwantowych, ale do tej pory było to możliwe tylko z bardzo małą liczbę cząstek, których stan został zmierzony tak dokładnie, jak to możliwe. Jest to niezwykle trudne, a czas wymagany do przywrócenia systemu do pierwotnego stanu znacznie wzrasta wraz ze wzrostem liczby cząstek. Jednak zespół Jorg Schmidmeyers wybrał inne podejście

"Nie jesteśmy zbytnio zainteresowani całkowitym stanem wewnętrznym systemu, ale raczej jego poszczególnymi cząstkami", mówi jeden z autorów badania, Bernhard Rauer. "Chcemy zrozumieć, czy są chwile, kiedy te zbiorowe wartości powracają do swojej pierwotnej wartości"?

Zespół zbadał zachowanie ultrazimnego gazu składającego się z tysięcy atomów, który jest utrzymywany w miejscu przez pola elektromagnetyczne na chipie. "Istnieje kilka różnych wielkości opisujących charakterystykę takiego gazu kwantowego, na przykład długość koherencji w gazie i funkcje korelacji między różnymi punktami w przestrzeni" – mówi Sebastian Erne, który był odpowiedzialny za teoretyczne obliczenia potrzebne do projektu. – Te parametry mówią nam, jak blisko cząstki są związane efektami kwantowymi. Nasza codzienna intuicja nie jest używana do rozwiązywania tych wielkości, ale w systemach kwantowych są one kluczowe. "

Mierząc wielkości, które nie należą do pojedynczych cząstek, ale charakteryzują system jako całość, można rzeczywiście zaobserwować długo oczekiwany powrót kwantowy. "Dzięki naszemu układowi atomowemu możemy nawet wpłynąć na czas powrotu systemu do jednego określonego stanu" – mówi Schmidmeier. "Mierząc to powtórzenie, dowiadujemy się dużo o kolektywnej dynamice atomów – na przykład o prędkości dźwięku w gazie lub o zjawisku rozpraszania fal gęstości."

Naukowcy odkryli, że stany kwantowe powracają, ale pojęcie powtórzenia należy nieco zmienić. Zamiast próbować odzwierciedlenia całego wewnętrznego stanu kwantowego systemu, którego nie można w ogóle zmierzyć, sensowne jest skupienie się na wielkościach, które można zmierzyć w eksperymentach kwantowych. Obserwowane wartości mogą odbiegać od pierwotnych wartości i ostatecznie powrócić do pierwotnego stanu.

Rosyjsko-brytyjska grupa fizyków opracowała nadprzewodnikowy detektor stanu kwantowego zdolny do wykrywania pól magnetycznych w ekstremalnie niskich temperaturach. Odkrycie przybliża moment stworzenia działającego komputera kwantowego.

Powiązane wiadomości