Simulator kuantum memvisualisasikan keterikatan skala besar dalam material – Dunia Fisika

Fisikawan di Austria telah menemukan cara cepat dan efisien untuk mengekstraksi informasi tentang struktur belitan skala besar material kuantum berkat teorema teori medan kuantum berusia 50 tahun. Metode baru ini dapat membuka pintu di bidang-bidang seperti informasi kuantum, kimia kuantum, atau bahkan fisika energi tinggi.

Keterikatan kuantum adalah fenomena di mana informasi yang terkandung dalam kumpulan partikel dikodekan dalam korelasi di antara partikel-partikel tersebut. Informasi ini tidak dapat diakses dengan menyelidiki partikel secara individual, dan ini merupakan fitur penting dari mekanika kuantum, yang secara jelas membedakan kuantum dari dunia klasik. Selain penting dalam komputasi kuantum dan komunikasi kuantum, keterjeratan sangat memengaruhi sifat-sifat kelas material eksotik yang sedang berkembang. Pemahaman yang lebih mendalam tentang hal ini dapat membantu para ilmuwan memahami dan memecahkan masalah dalam ilmu material, fisika benda terkondensasi, dan seterusnya.

Masalahnya adalah mempelajari keterjeratan internal sejumlah besar partikel yang terjerat sangatlah sulit, karena kompleksitas korelasi meningkat secara eksponensial seiring dengan bertambahnya jumlah partikel. Kompleksitas ini membuat komputer klasik tidak mungkin mensimulasikan material yang terbuat dari partikel tersebut. Simulator kuantum lebih siap untuk tugas ini, karena dapat mewakili kompleksitas eksponensial yang sama dengan materi target yang disimulasikan. Namun, mengekstraksi sifat keterjeratan suatu material dengan teknik standar masih memerlukan sejumlah besar pengukuran.

Simulator kuantum

Dalam metode baru yang lebih efisien untuk mengevaluasi kekuatan keterjeratan suatu sistem, para peneliti dari Universitas Innsbruck dan Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) di dekatnya menafsirkan kekuatan keterjeratan dalam kaitannya dengan suhu lokal. Meskipun wilayah material kuantum yang sangat terjerat tampak “panas” dalam metode ini, wilayah yang terjerat lemah tampak “dingin”. Yang terpenting, bentuk pasti dari medan suhu yang bervariasi secara lokal ini diprediksi oleh teori medan kuantum, sehingga memungkinkan tim untuk mengukur profil suhu dengan lebih efisien dibandingkan dengan metode sebelumnya.

Untuk mensimulasikan material kuantum yang terjerat, tim Innsbruck-IQOQI menggunakan sistem 51 ⁴⁰Ca⁺ ion-ion ditahan di dalam ruang vakum oleh medan listrik yang berosilasi dari alat yang disebut perangkap Paul linier. Pengaturan ini memungkinkan setiap ion dikontrol secara individual dan keadaan kuantumnya dibacakan dengan akurasi tinggi. Para peneliti dapat dengan cepat menentukan profil suhu yang tepat dengan menempatkan putaran umpan balik antara sistem dan komputer (klasik) yang terus-menerus menghasilkan profil baru dan membandingkannya dengan pengukuran sebenarnya dalam percobaan. Mereka kemudian melakukan pengukuran untuk mengekstraksi properti seperti energi sistem. Terakhir, mereka menyelidiki struktur internal keadaan sistem dengan mempelajari profil “suhu”, yang memungkinkan mereka menentukan keterjeratan.

Daerah panas dan dingin

Profil suhu yang diperoleh tim menunjukkan bahwa wilayah yang berkorelasi kuat dengan partikel di sekitarnya dapat dianggap “panas” (yaitu sangat terjerat) dan wilayah yang berinteraksi sangat sedikit dapat dianggap “dingin” (terikat lemah). Para peneliti juga mengkonfirmasi, untuk pertama kalinya, prediksi teori medan kuantum yang disesuaikan dengan keadaan dasar (atau keadaan suhu rendah) material melalui teorema Bisognano-Wichmann, yang pertama kali dikemukakan pada tahun 1975 sebagai cara untuk menghubungkan transformasi Lorentz tertentu. dalam ruangwaktu hingga transformasi dalam tanggung jawab, paritas, dan waktu. Selain itu, metode ini memungkinkan mereka untuk memvisualisasikan persilangan dari keadaan dasar yang terjerat lemah ke keadaan tereksitasi yang sangat terjerat pada material kuantum.

Pemimpin tim Peter zoller, yang memegang posisi di Innsbruck dan IQOQI, mengatakan bahwa hasil dan teknik – protokol kuantum yang dijalankan pada simulator kuantum – yang digunakan untuk memperolehnya umumnya dapat diterapkan pada simulasi material kuantum. Karena alasan ini, dia yakin mereka sangat penting bagi ilmu pengetahuan dan teknologi informasi kuantum serta simulasi kuantum. “Untuk eksperimen di masa depan, kami [ingin] melakukan ini dengan platform lain dan sistem model yang lebih rumit/menarik,” katanya. Dunia Fisika. “Alat dan teknik kami sangat umum.”

Keterikatan menjadi panas dan berantakan

Marcello Dalmonte, seorang fisikawan di Pusat Fisika Teoritis Internasional Abdus Salam di Italia yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menyebut hasil ini sebagai “sebuah terobosan nyata”. Dalam pandangannya, metode ini membawa pemahaman kita tentang keterjeratan yang dapat diuji secara eksperimental ke tingkat baru dengan menyingkap kompleksitasnya sepenuhnya. Dia juga berpendapat bahwa teknik ini akan meningkatkan pemahaman kita tentang hubungan antara keterjeratan dan fenomena fisik, dan tertarik dengan kemungkinan menggunakannya untuk memecahkan pertanyaan-pertanyaan kunci dalam fisika teoretis, seperti mencapai pemahaman yang lebih baik tentang struktur keterjeratan operator untuk keadaan campuran. Area lain yang mungkin untuk dieksplorasi mungkin adalah keterjeratan timbal balik antara bongkahan materi, meskipun Dalmonte menambahkan bahwa hal ini memerlukan perbaikan lebih lanjut pada protokol, termasuk meningkatkan skalabilitasnya.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Alam.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/quantum-simulator-visualizes-large-scale-entanglement-in-materials/