Квантовую запутанность объяснили чашкой кофе

kofe_chernyy_amerikano_zerna_kruzhka_otrazhenie_rafinad_5849_1600x1200.jpg

Физики-теоретики из Тринити-колледжа в Дублине обнаружили глубокую связь между одной из самых ярких черт квантовой механики - квантовой запутанностью - и термализацией, то есть процессом, в котором что-то приходит в тепловое равновесие с окружающей средой.

Их результаты опубликованы 31 января 2020 года в престижном журнале Physical Review Letters.

Мы все знакомы с термизацией - просто подумайте, как ваш кофе со временем достигает комнатной температуры. Квантовая запутанность, с другой стороны, это отдельная история.

Все же работа Марлона Бренеса , Ph.D. Кандидат и профессор Джон Голд из Тринити в сотрудничестве с Сильвией Паппаларди и профессором Алессандро Силвой из SISSA в Италии, показывает, как они неразрывно связаны.

Объясняя важность открытия, профессор Джон Гольд, лидер Trinity QuSys, объясняет:

"Квантовая запутанность является противоинтуитивной особенностью квантовой механики, которая позволяет частицам, которые взаимодействовали друг с другом в какой-то момент времени, коррелировать. Измерения на одной частице влияют на результаты измерений другой - даже если они находятся на расстоянии световых лет. Эйнштейн назвал этот эффект "пугающим действием на расстоянии".

"Оказывается, что запутанность не просто пугающая, но на самом деле вездесущая, и на самом деле, что еще более удивительно, мы живем в эпоху, когда технологии начинают использовать эту функцию, чтобы совершать открытия, которые считались невозможными всего несколько лет. go. Эти квантовые технологии быстро развиваются в частном секторе, и такие компании, как Google и IBM, возглавляют гонку".

Но какое отношение все это имеет к холодному кофе?

Профессор Гольд уточняет: "Когда вы готовите чашку кофе и оставляете ее на некоторое время, она остывает, пока не достигнет температуры окружающей среды. Это термизация. В физике мы говорим, что процесс необратим - как мы знаем, наш когда-то теплый кофе не остынет, а затем волшебным образом не разогреется. Как необратимость и термическое поведение возникают в физических системах - это то, что очаровывает меня как ученого, поскольку оно применяется в таких масштабах, как атомы, к чашкам кофе и даже к эволюции самой вселенной. В физике статистическая механика является теорией, которая направлена ​​на понимание этого процесса с микроскопической точки зрения. Для квантовых систем возникновение термизации, как известно, хитро и является центральным направлением этого текущего исследования".

Так, что все это имеет отношение к запутанности и что говорят ваши результаты?

В классической статической механике, которая изучает процесс термализации, есть различные пути, или ансамбли, которыми можно описать термализацию системы. Все они считаются эквивалентными, если система достаточно большая - то есть состоит из 10 23 атомов.

Но физики заметили, что в этом процессе присутствует квантовая запутанность. И его структура заметно отличается в зависимости от того, какой путь вы выбираете для описания своей системы. Т.е., физики открыли новый способ испытать на прочность важные постулаты статистической механики.

Марлон Бренес, доктор философии Кандидат в Тринити и первый автор статьи использовали суперкомпьютеры для моделирования квантовых систем для проверки идеи.

Бренес, специалист по цифровым технологиям, сказал: "Численное моделирование для этого проекта, которое я выполнил, находится на пределе того, что в настоящее время можно сделать на уровне высокопроизводительных вычислений. Для запуска кода я использовал суперкомпьютер , ICHEC. Так что, эта работа помогла нам действительно расширить границы этого типа вычислительного подхода".