Kuantum simülatörü, malzemelerdeki büyük ölçekli dolaşıklığı görselleştiriyor - Fizik Dünyası

Avusturya'daki fizikçiler, kuantum alan teorisinden elde edilen 50 yıllık bir teorem sayesinde kuantum malzemesinin büyük ölçekli dolaşıklık yapısı hakkında bilgi çıkarmanın hızlı ve etkili bir yolunu buldular. Yeni yöntem kuantum bilgisi, kuantum kimyası ve hatta yüksek enerji fiziği gibi alanlarda kapılar açabilir.

Kuantum dolaşıklığı, bir parçacıklar topluluğunun içerdiği bilginin, aralarındaki korelasyonlarla kodlandığı bir olgudur. Bu bilgiye parçacıkları tek tek inceleyerek erişilemez ve kuantumu klasik dünyadan açıkça ayıran kuantum mekaniğinin temel bir özelliğidir. Dolaşma, kuantum hesaplama ve kuantum iletişimi için çok önemli olmasının yanı sıra, yeni ortaya çıkan egzotik malzeme sınıfının özelliklerini de büyük ölçüde etkiliyor. Dolayısıyla bunun daha derinlemesine anlaşılması, bilim adamlarının malzeme bilimi, yoğun madde fiziği ve ötesindeki sorunları anlamasına ve çözmesine yardımcı olabilir.

Sorun şu ki, çok sayıda dolaşmış parçacığın iç dolanıklığını öğrenmenin oldukça zor olması, çünkü korelasyonların karmaşıklığı parçacık sayısıyla birlikte katlanarak artıyor. Bu karmaşıklık, klasik bir bilgisayarın bu tür parçacıklardan yapılan malzemeleri simüle etmesini imkansız hale getiriyor. Kuantum simülatörleri, simüle ettikleri hedef malzemeyle aynı üstel karmaşıklığı temsil edebildikleri için bu görev için daha donanımlıdırlar. Bununla birlikte, bir malzemenin dolaşıklık özelliklerinin standart tekniklerle çıkarılması hala çok sayıda ölçümün yapılmasını gerektirmektedir.

kuantum simülatörü

Innsbruck Üniversitesi'nden ve yakındaki Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü'nden (IQOQI) araştırmacılar, bir sistemin dolaşıklığının gücünü değerlendirmeye yönelik yeni, daha etkili yöntemlerinde, dolaşıklık gücünü yerel sıcaklık açısından yorumladılar. Bu yöntemde kuantum malzemenin yüksek derecede dolaşmış bölgeleri "sıcak" görünürken, zayıf dolaşmış bölgeleri "soğuk" görünür. En önemlisi, bu yerel olarak değişen sıcaklık alanının kesin şekli kuantum alan teorisi tarafından tahmin ediliyor ve bu da ekibin sıcaklık profillerini önceki yöntemlerle mümkün olandan daha verimli bir şekilde ölçmesine olanak tanıyor.

Dolaşmış bir kuantum malzemesini simüle etmek için Innsbruck-IQOQI ekibi 51 kuantum malzemesinden oluşan bir sistem kullandı. ⁴⁰Ca⁺ iyonlar, doğrusal Paul tuzağı adı verilen bir cihazın salınımlı elektrik alanı tarafından bir vakum odasının içinde yerinde tutulur. Bu kurulum, her iyonun ayrı ayrı kontrol edilmesine ve kuantum durumunun yüksek doğrulukla okunmasına olanak tanır. Araştırmacılar, sistem ile sürekli olarak yeni profiller üreten ve bunları deneydeki gerçek ölçümlerle karşılaştıran (klasik) bir bilgisayar arasına bir geri bildirim döngüsü yerleştirerek doğru sıcaklık profillerini hızlı bir şekilde belirleyebildiler. Daha sonra sistemin enerjisi gibi özellikleri çıkarmak için ölçümler yaptılar. Son olarak, dolanıklığı belirlemelerine olanak tanıyan “sıcaklık” profillerini inceleyerek sistem durumlarının iç yapısını araştırdılar.

Sıcak ve soğuk bölgeler

Ekibin elde ettiği sıcaklık profilleri, çevredeki parçacıklarla güçlü bir şekilde ilişkili olan bölgelerin "sıcak" (yani yüksek derecede dolaşmış) olarak kabul edilebileceğini ve çok az etkileşime girenlerin ise "soğuk" (zayıf dolaşmış) olarak kabul edilebileceğini gösteriyor. Araştırmacılar ayrıca, ilk kez 1975'te belirli Lorentz dönüşümlerini ilişkilendirmenin bir yolu olarak ortaya atılan Bisognano-Wichmann teoremi yoluyla malzemelerin temel durumlarına (veya düşük sıcaklık durumlarına) uyarlanan kuantum alan teorisinin tahminlerini ilk kez doğruladılar. uzay-zamanda yük, parite ve zamandaki dönüşümlere. Ek olarak yöntem, kuantum malzemenin zayıf şekilde dolaşmış temel durumlarından güçlü şekilde dolaşmış uyarılmış durumlarına geçişi görselleştirmelerine olanak sağladı.

Takım Lideri Peter zollerHem Innsbruck'ta hem de IQOQI'de görev yapan Dr., bunları elde etmek için kullanılan sonuçların ve tekniklerin (kuantum simülatörü üzerinde çalışan kuantum protokolleri) genel olarak kuantum malzemelerinin simülasyonuna uygulanabilir olduğunu söylüyor. Bu nedenle bunların kuantum bilgi bilimi ve teknolojisinin yanı sıra kuantum simülasyonu için de büyük önem taşıdığına inanıyor. "Gelecekteki deneyler için bunu diğer platformlarla ve daha karmaşık/ilginç model sistemlerle yapmak istiyoruz" diyor Fizik Dünyası. "Araçlarımız ve tekniklerimiz çok genel."

Dolaşma sıcak ve dağınık hale geliyor

Marcello DalmonteAraştırmada yer almayan İtalya'daki Abdus Salam Uluslararası Teorik Fizik Merkezi'nden fizikçi, sonuçları "gerçek bir çığır açıcı" olarak nitelendiriyor. Ona göre yöntem, deneysel olarak test edilebilir dolaşıklık anlayışımızı tüm karmaşıklığını ortaya çıkararak yeni bir düzeye taşıyor. Kendisi aynı zamanda tekniğin dolaşıklık ile fiziksel olgular arasındaki ilişkiye dair anlayışımızı geliştireceğini düşünüyor ve karışık durumlar için operatör dolaşıklık yapısının daha iyi anlaşılması gibi teorik fizikteki anahtar soruları çözmek için bu tekniği kullanma olasılığından heyecan duyuyor. Keşfedilecek bir başka olası alan da madde parçaları arasındaki karşılıklı dolaşma olabilir, ancak Dalmonte bunun, protokolde ölçeklenebilirliğin artırılması da dahil olmak üzere daha fazla iyileştirme gerektireceğini ekliyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/quantum-simulator-visualizes-large-scale-entanglement-in-materials/