Создание квантовых связей: скорость информации в спиновой сети

Физики неплохо умеют управлять квантовыми системами и даже создавать определенные запутанные состояния. Теперь исследователи JQI во главе с теоретиком Алексеем Горшковым и экспериментатором Кристофером Монро применяют эти навыки для исследования динамики коррелированных квантовых систем.

Что означает взаимодействие объектов локально по сравнению с глобальным? Как локальные и глобальные взаимодействия трансформируются в более крупные и все более взаимосвязанные сети? Как быстро могут формироваться определенные паттерны запутанности? Именно такие вопросы задают команды Монро и Горшкова.

Их недавние результаты исследования того, как информация проходит через квантовую систему многих тел, опубликованы на этой неделе в журнале Nature и во второй статье, которая появится в Physical Review Letters.Исследователи могут разработать широкий выбор взаимодействий в экспериментах с ультрахолодным атомом, что позволит им исследовать поведение сложных и сильно переплетенных квантовых систем. В экспериментальной работе группы Монро физики исследовали, как быстро квантовые связи образуются в кристалле из одиннадцати ионов иттербия, заключенных в электромагнитную ловушку.

Исследователи использовали лазерные лучи для взаимодействия между ионами. В этих условиях система описывается определенными типами «спиновых» моделей, которые являются жизненно важным математическим представлением множества физических явлений, включая магнетизм. Здесь каждый атомный ион имеет изолированные уровни внутренней энергии, которые представляют различные состояния спина.В присутствии тщательно подобранных лазерных лучей спины ионов могут влиять на своих соседей, как ближних, так и далеких.

Фактически, настройка силы и формы этого спин-спинового взаимодействия является ключевой особенностью конструкции. В лаборатории Монро физики могут изучать различные типы коррелированных состояний в единой первозданной квантовой среде.

Чтобы увидеть динамику, исследователи сначала подготовили систему спина иона в некоррелированном состоянии. Затем они резко включили глобальное спин-спиновое взаимодействие. Такое быстрое изменение эффективно выводит систему из равновесия, и спины реагируют, развиваясь в новых условиях. Команда сделала снимки спинов ионов в разное время и наблюдала скорость роста квантовых корреляций.

Сами спиновые модели не имеют явно встроенного ограничения скорости распространения такой информации. Окончательный предел как в классических, так и в квантовых системах задается скоростью света. Однако несколько десятилетий назад физики показали, что более медленный предел скорости передачи информации возникает из-за некоторых типов спин-спиновых взаимодействий, подобных распространению звука в механических системах.

Хотя ограничения лучше известны в случае, когда спины преимущественно влияют на своих ближайших соседей, вычисление ограничений на распространение информации при наличии более протяженных взаимодействий остается сложной задачей. Интуитивно понятно, что чем больше объект взаимодействует с другими удаленными объектами, тем быстрее должны формироваться корреляции между удаленными регионами сети.

Действительно, экспериментальная группа отмечает, что дальнодействующие взаимодействия обеспечивают сравнительное ускорение передачи информации через ионно-спиновый кристалл. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, команда Горшкова совершенствует существующую теорию, чтобы гораздо более точно предсказать пределы скорости для формирования корреляции при наличии взаимодействий от ближайшего соседа до дальнего действия.

Проверка и формирование полного понимания распространения квантовой информации — это, конечно, не конец истории; это также имеет много глубоких последствий для нашего понимания квантовых систем в целом. Например, рост запутанности, которая представляет собой форму информации, которая должна подчиняться описанным выше ограничениям, тесно связано с трудностью моделирования квантовых систем на компьютере. Д-р Майкл Фосс-Фейг объясняет: «С точки зрения теоретика, эксперименты — это круто, потому что если вы хотите сделать что-то с квантовым симулятором, который фактически выходит за рамки того, что могут вам сказать расчеты, ожидается, что выполнение динамики с взаимодействующими системами на большом расстоянии быть довольно хорошим способом сделать это. В этом случае запутанность может вырасти до такой степени, что наши методы расчета вещей о системе многих тел не работают ».

Теоретик д-р Чжэсюань Гун заявляет, что в контексте обеих работ «Мы пытаемся установить границы того, насколько быстрая корреляция и запутанность могут образовываться в общей системе многих тел. Эти границы очень полезны, потому что при дальнодействующих взаимодействиях наши математические инструменты и современные компьютеры вряд ли преуспеют в предсказании свойств системы. Тогда нам нужно будет либо использовать эти теоретические границы, либо лабораторный квантовый симулятор, чтобы сказать нам, какие интересные свойства представляет собой большая и сложная сеть спинов.

Эти границы также послужат руководством к тому, какой паттерн взаимодействия следует достичь экспериментально, чтобы значительно ускорить распространение информации и создание запутанности, что является ключом к созданию быстрого квантового компьютера или быстрой квантовой сети ».С экспериментальной стороны доктор Фил Ричерм излагает свою точку зрения: «Мы пытаемся построить лучшую в мире экспериментальную платформу для развития уравнения Шредингера [математики, описывающей, как свойства квантовой системы меняются во времени].

У нас есть эта способность устанавливать приведите систему в известное состояние, поверните рукоятку и позвольте ей развиваться, а затем проведите измерения в конце. Для систем размером не намного больше, чем то, что мы имеем здесь, это становится невозможным для обычного компьютера ».

8 комментариев к “Создание квантовых связей: скорость информации в спиновой сети”

  1. Дьячкова Анфиса

    Это если каждому жалования 10000 грн (500 мериканских) получается эдак с 50 лямов зелени и на технику надо и себе любимому ж не 500.

  2. Евтушенков Егор

    ЧЕРВЯЧОК СОМНЕНИЯ . — 13.03.2018, 12:36……………………………………………… И теперь вы в благодарность за это все декоммунизируете.)).—- Благодарность? О чем ты? Мы хотим жить нормально как люди, а не с вами!

  3. Ёлшина Ксения

    Ну она шизичка,вот папаша и добился опеки,но только в Калифорнии

  4. Яушкина Елена

    Предположу, что там налог на 10 летнюю машину негуманный. Вот и сливают их по весу.

  5. котик, я не москаль и мову знаю а ты сильно загнул что рашка забьет всех, вон япошки покупают у амеров 20 самолетов, молчу уже про Китай и Индию 😉

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *