비마코비안 소산에서 양자 나노장치의 시공간 제어까지

비마코비안 소산에서 양자 나노장치의 시공간 제어까지

타임 스탬프 : 3 년 2024 월 11 일 오전 35:XNUMX

티보 라크로아1,2,3, 브렌든 W. 러벳2및 알렉스 W. 친3

1Institut für Theoretische Physik und IQST, Albert-Einstein-Allee 11, Universität Ulm, D-89081 울름, 독일
2SUPA, 세인트 앤드루스 대학교, 세인트 앤드류스 KY16 9SS, 영국 물리 및 천문학 대학
3Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, 4 place Jussieu, 75005 Paris, France

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추상

양자 효과를 활용하는 나노 장치는 미래 양자 기술(QT)의 매우 중요한 요소이지만 실제 성능은 로컬 '환경' 상호 작용에서 발생하는 결맞음으로 인해 크게 제한됩니다. 이를 더욱 복잡하게 만드는 것은 장치가 더 복잡해짐에 따라 즉, 여러 기능 단위를 포함함에 따라 '로컬' 환경이 겹치기 시작하여 새로운 시간과 길이 규모에서 환경 매개 결맞음 현상의 가능성이 생성된다는 것입니다. 이러한 복잡하고 본질적으로 비마코브 역학은 QT를 확장하는 데 어려움을 겪을 수 있지만, 반면에 '신호'와 에너지를 전달하는 환경의 능력은 제안된 대로 구성 요소 간 프로세스의 정교한 시공간 조정을 가능하게 할 수도 있습니다. 효소나 광합성 단백질과 같은 생물학적 나노기계에서 일어나는 일입니다. 수치적으로 정확한 다수의 신체 방법(텐서 네트워크)을 활용하여 우리는 전파되는 환경 역학이 어떻게 공간적으로 멀리 떨어져 있고 상호 작용하지 않는 양자 시스템의 진화를 유발하고 지시할 수 있는지 탐구할 수 있는 완전한 양자 모델을 연구합니다. 우리는 환경으로 소산된 에너지를 원격으로 수확하여 일시적인 흥분/반응 상태를 생성하는 방법을 보여주고, 시스템 자극에 의해 촉발된 재구성이 '기능적' 양자 시스템의 '하류' 역학을 질적으로 및 가역적으로 변경할 수 있는 방법도 식별합니다. 완전한 시스템 환경 파동 함수에 접근하여 이러한 현상의 근간을 이루는 미세한 프로세스를 밝히고 에너지 효율적인 양자 장치에 어떻게 활용될 수 있는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

비마코비안 소산에서 양자 나노장치 플라토블록체인 데이터 인텔리전스의 시공간 제어까지. 수직 검색. 일체 포함.

주요 이미지: (a) 공간적으로 분산된 시스템은 에너지를 환경으로 소산하거나 일반적으로 벌크 매체에서 전파되고 손실되는 국부적 변형을 유발합니다(빨간색 화살표). 시스템이 나노 규모 영역으로 채워지면 환경 여기의 상당 부분이 이웃 시스템과 만나 해당 시스템의 역학(녹색 화살표)에 영향을 주게 됩니다. 비록 시스템이 분리되어 있더라도(노란색 화살표는 일관성 있는 결합을 나타냄) 이러한 상호 작용은 지연됩니다. 즉, 신호 전파 속도와 시스템 분리에 따라 달라지며 현재 협력적인 소산 역학에 새로운 시간과 길이 척도를 제공합니다.

1D의 예:
(b) 광합성 반응 센터에서 색소는 여기자(전자-정공 쌍) 분할, 전자 전달 및 정공 재충전을 서로 다른 위치에서 조정하기 위해 진동 및 구조적 재구성을 소산적으로 중재할 수 있는 단백질 비계에 의해 유지됩니다(4~5nm로 분리됨). fs에서 μs까지의 시간 척도.
(c) 분자내 단일항 분열에 의해 생성된 스핀 얽힌 삼중항 쌍은 폴리디아세틸렌에서와 같이 분자 백본 구조의 진동파 패킷을 통해 강력하게 상호 작용합니다.
(d) 한 쌍의 결합되지 않은 양자점(QD)이 나노와이어에 캡슐화됩니다. 그 중 하나를 자극하면 와이어의 기계적 모드가 자극됩니다. 이러한 왜곡은 전파되어 다른 QD와 상호 작용할 수 있습니다.

인기 요약

미래 양자 기술의 주요 한계는 양자 장치의 다양한 작동 단위와 제어할 수 없는 외부 환경(예: 전자기장, 격자 진동 등)의 상호 작용으로 인해 발생하는 결맞음입니다. 일반적으로 서로 다른 단위는 서로 상호 작용하지 않는 서로 다른 환경과 상호 작용하는 것으로 설명되며 이러한 환경은 국지적 소실 및 결어어긋남을 담당합니다.
그러나 양자 장치가 더 복잡해질수록 서로 다른 구성 요소가 더 가까워질 것입니다. 이러한 맥락에서 별개의 지역 환경에 대한 가정은 무너지고 공통 환경과 기능 단위의 상호 작용을 고려해야 합니다. 이 경우 시스템의 한 부분에서 소산된 에너지는 나중에 다른 부분에서 흡수될 수 있습니다. 이는 시스템의 역학을 이해하려는 경우 내부 역학을 무시할 수 없기 때문에 이러한 글로벌 환경에 대한 설명을 로컬 환경보다 근본적으로 더 복잡하게 만듭니다.
시스템과 환경의 양자 상태를 함께 표현하고 시간 진화시키는 텐서 네트워크 방법을 사용하면 환경 내부의 에너지/정보 전파로 인해 새로운 시간 및 길이 규모에서 발생하는 프로세스를 밝힐 수 있습니다.
공통 환경과 상호 작용하는 양자 시스템을 고려하여 생성된 물리적 프로세스의 새로운 현상은 새로운 제어, 감지 및 누화 메커니즘에 대한 액세스를 제공하므로 나노 장치 설계에 중요한 결과를 가져옵니다.

► BibTeX 데이터

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