Veel beroemde experimenten hebben aangetoond dat het observeren van een kwantumsysteem de eigenschappen van het systeem kan veranderen. Dit fenomeen, het "waarnemerseffect" genoemd, " verschijnt, bijvoorbeeld, wanneer de kat van Schrödinger dood of levend wordt (maar niet meer beide) nadat iemand in zijn doos gluurt. De observatie vernietigt de superpositie van de toestand van de kat, of met andere woorden, laat de golffunctie instorten die de kansen beschrijft dat de kat zich in elk van de twee toestanden bevindt.

In een nieuwe krant natuurkundigen hebben verder onderzocht hoe metingen kwantumverstrengeling precies beïnvloeden, wat in deze context gelijk staat aan de mate waarin een systeem zich in een superpositie bevindt. Eerdere studies hebben aangetoond dat, wanneer een kwantumsysteem met rust wordt gelaten om te evolueren zonder enige interferentie van buitenaf, de mate van verstrengeling heeft de neiging toe te nemen. Dat is, kwantumsystemen hebben de neiging om in de loop van de tijd af te drijven naar toestanden met een grote mate van kwantumsuperpositie.

Anderzijds, het doen van een meting op een verstrengelde toestand heeft de neiging om de verstrengeling ervan te verminderen. Dit gebeurt omdat een meting op een spintoestand (bijvoorbeeld) die spin instort tot een definitieve toestand, waardoor die spin losraakt van de andere spins, waarvan de staten in een superpositie blijven. Dit vermindert de hoeveelheid verstrikking in het systeem in het algemeen.

In de nieuwe krant de natuurkundigen hebben via computersimulaties en theoretische argumenten aangetoond dat, wanneer metingen worden gedaan met een snelheid die een kritische waarde overschrijdt, er treedt een door metingen geïnduceerde faseovergang op. Dit zorgt ervoor dat het systeem scherp overgaat van een "verstrengeling" fase, waarin de hoeveelheid verstrengeling in de loop van de tijd voortdurend groeit, tot een "ontwarringsfase", waarin nog enige verstrengeling bestaat, maar de groeisnelheid daalt tot nul.

de fysici, Brian Skinner van het MIT, Jonathan Ruhman aan het MIT en de Bar-Ilan University, en Adam Nahum aan de Universiteit van Oxford, hebben hun paper over de faseovergang voor verstrengeling gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordeling X .

"Een van de grote successen van de natuurkunde is het vermogen om faseovergangen te beschrijven - de abrupte verandering van materiaaleigenschappen wanneer een externe parameter wordt gevarieerd, zoals water dat plotseling in ijs bevriest als het onder 32 graden Fahrenheit zakt, "Vertelde Skinner" Phys.org . "Wat we hebben aangetoond, is dat dezelfde taal kan worden toegepast op een dynamisch proces waarbij kwantumverstrengeling betrokken is. de dynamische eigenschappen van verstrengelingsgroei hebben ook een faseovergang als functie van een externe parameter, dat is de snelheid waarmee metingen plaatsvinden. Voor ons, dit is een mooie en verrassende verbinding!"

De onderzoekers ontwikkelden een model van deze door metingen geïnduceerde faseovergang op basis van een beroemd probleem uit de percolatietheorie, het 'vernielde weerstandsrooster'. Bij dit probleem een vandaal probeert het kleinste aantal bindingen te vinden (noem het "kortste pad" of "minimale snede") om door een elektriciteitsnet te snijden om het netwerk volledig los te koppelen. De onderzoekers toonden aan dat het probleem van het berekenen van de entropie van verstrengeling in een kwantumsysteem equivalent is aan dit optimalisatieprobleem, waarin het doel is om een ​​minimale snede te vinden door een ongeordend netwerk dat het netwerk in twee delen scheidt.

In een verstrengeld systeem, het netwerk vertegenwoordigt het kwantumsysteem, en elke meting vertegenwoordigt het verbreken van een van de bindingen. De mate van verstrikking in het systeem wordt bepaald door de grootte van de minimale snede in dit netwerk, d.w.z., het totale aantal ongebroken bindingen dat moet worden verbroken om het systeem van de rest van het netwerk te scheiden. In zekere zin, dit getal geeft aan hoe vaak er gemeten kan worden voordat een verstrengeld systeem overgaat in de ontwarde fase. Aangezien verschillende netwerken verschillende aantallen en rangschikkingen van obligaties hebben, de kritische meetsnelheid verschilt voor verschillende systemen.

De natuurkundigen verwachten dat een goed begrip van deze door metingen geïnduceerde faseovergang in verstrengelingsdynamica nuttige implicaties kan hebben voor het ontwikkelen van simulaties van kwantumsystemen. Verstrengeling speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de moeilijkheidsgraad van het simuleren van kwantumdynamica op een klassieke computer. Als resultaat, de verstrengelde-naar-ontwarde faseovergang impliceert het bestaan ​​van een gemakkelijk-naar-hard overgang voor simulaties. Hierdoor kunnen onderzoekers de moeilijkheidsgraad van simulaties beter voorspellen en zoeken naar eenvoudigere alternatieven.

"Onze bevinding heeft een directe implicatie voor de vraag hoe moeilijk het is om kwantumsystemen te simuleren met behulp van klassieke computers, "Zei Skinner. "Het kan ook belangrijk zijn voor kwantumcomputerschema's, die vaak afhankelijk zijn van het behoud van verstrengeling op lange afstand."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan te onderzoeken hoe universeel hun model is.

"Er zijn verschillende manieren om kwantumverstrengeling wiskundig te beschrijven, " zei Skinner. "Wat we toonden was dat een van deze beschrijvingen perfect analoog is aan een klassiek percolatieprobleem. Maar op dit moment is het onduidelijk hoe generiek deze analogie is, en of andere manieren om verstrengeling te beschrijven tot dezelfde 'universaliteitsklasse' behoren. De eerste prioriteit op dit moment is om vast te stellen of de analogie slechts een benadering is die werkt in sommige gekunstelde situaties, of dat het volledig generiek is voor een breed scala aan beschrijvingen en experimentele opstellingen."

Zie de Twitter-berichten van Dr. Skinner op de krant.

© 2019 Wetenschap X Netwerk