![]() |
Квантовая запутанность — явление, при котором частицы таинственным образом связаны друг с другом, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга, — представляет собой давнюю проблему в физическом мире, особенно в понимании ее поведения в сложных квантовых системах. Исследовательская группа с физического факультета Гонконгского университета (HKU) и их коллеги недавно разработали новый алгоритм в квантовой физике, известный как «микроскопия запутанности», который позволяет визуализировать и отображать это необычное явление в микроскопическом масштабе. Увеличивая масштаб сложных взаимодействий запутанных частиц, можно раскрыть скрытые структуры квантовой материи, что может изменить технологии и углубить понимание Вселенной. Это исследование, проведенное под руководством профессора Цзы Яна Мэнга и в соавторстве с его аспирантами Тинг-Тунгом Вангом и Менганом Сонгом с физического факультета HKU в сотрудничестве с профессором Уильямом Витчаком-Кремпой и аспиранткой Люке Лю из Монреальского университета, раскрывает скрытые структуры квантовой запутанности в системах многих тел, предлагая новый взгляд на поведение квантовой материи. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature Communications. Прорыв в картировании квантовой запутанностиКвантовая запутанность описывает глубокую связь между частицами, когда состояние одной частицы мгновенно связывается с другой, даже на огромных расстояниях. Представьте себе, что вы бросаете две игральные кости в разных местах. Квантовая запутанность — это то, что результат броска одной кости всегда определяет результат броска другой, независимо от того, как далеко они находятся друг от друга. Это явление, которое Альберт Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии», является не просто теоретической диковинкой, а лежит в основе таких технологий, как квантовые вычисления, криптография, изучение экзотических материалов и черных дыр. Однако получить информацию о запутанности в квантовых системах многих тел как аналитически, так и численно довольно сложно из-за экспоненциально большой степени свободы. Исследователи решили эту проблему, разработав «микроскопию запутанности» — инновационный протокол, основанный на крупномасштабном квантовом моделировании Монте-Карло, который может успешно извлекать информацию о запутанности в небольших областях квантовых систем. Фокусируясь на этих микроскопических областях, метод позволяет выявить, как частицы взаимодействуют и организуются сложным образом, особенно вблизи критических точек квантовых фазовых переходов — особых состояний, в которых квантовые системы претерпевают глубокие изменения в поведении. Их исследование было сосредоточено на двух выдающихся моделях в двумерном пространстве: модели Изинга с поперечным полем и фермионной модели t-V, реализующей переход Гросса-Неву-Юкавы для фермионов Дирака, каждая из которых раскрывает захватывающие идеи о природе квантовой запутанности. Они обнаружили, что в критической точке квантовой модели Изинга запутанность является короткодействующей, то есть частицы связаны только на небольших расстояниях. Эта связь может внезапно исчезнуть из-за изменения расстояния или температуры — явление, известное как «внезапная смерть». В отличие от этого, исследование фермионного перехода показало более постепенное уменьшение запутанности даже при больших расстояниях, что говорит о том, что частицы могут сохранять связь, несмотря на большое расстояние друг от друга. Интригующе, но команда обнаружила, что в двумерных переходах Изинга трехчастичная запутанность отсутствует, в то время как в одномерных системах она присутствует. Это означает, что размерность системы существенно влияет на поведение запутанности. Если говорить упрощенно, то низкоразмерные системы напоминают небольшую компанию друзей, где более вероятны глубокие связи (сложное многочастичное запутывание). И наоборот, высокоразмерные системы, сравнимые с большими, более сложными социальными сетями, часто подавляют такие связи. Эти результаты позволяют понять, как изменяется структура запутанности с ростом сложности системы. Применение и влияниеЭто открытие имеет значительные последствия для развития квантовых технологий. Более четкое понимание запутанности может помочь оптимизировать аппаратное обеспечение и алгоритмы квантовых вычислений, что позволит быстрее решать проблемы в таких областях, как криптография и искусственный интеллект. Он также открывает путь к созданию квантовых материалов нового поколения, которые найдут применение в энергетике, электронике и сверхпроводимости. Кроме того, этот инструмент может углубить наше понимание фундаментальной физики и улучшить квантовое моделирование в химии и биологии. Ранее ученые нашли зависимость квантовой запутанности от площади. 23.01.2025 |
Хайтек
![]() | |
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность | |
3D-печать меняет правила игры: она дает б... |
![]() | |
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности | |
Горнодобывающая промышленность — эт... |
![]() | |
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы | |
Физики из Санкт-Петербургского государств... |
![]() | |
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
![]() | |
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом | |
Физики научились управлять светом в кроше... |
![]() | |
Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего | |
От зон стихийных бедствий до экстрем... |
![]() | |
Магнит, зеленый свет и ультрафиолет: новые горизонты молекулярной химии | |
Химики создали новые соединения на основе... |
![]() | |
Свет вместо проводов: Оксфорд произвел революцию в квантовых вычислениях | |
Ученые из Оксфорда сделали большой шаг&nb... |
![]() | |
Органический катализатор, который имитирует металлы: открытие химиков СПбГУ | |
Химики из Санкт-Петербургского государств... |
![]() | |
Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
![]() | |
100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр | |
В Уфимском федеральном исследовательском центр... |
![]() | |
Прощай, кэш-память: новая технология сэкономит энергию и ускорит устройства | |
Исследователи вместе с французской компан... |
![]() | |
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности | |
Питер Брюггеман, профессор машиностроения из&n... |
![]() | |
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию | |
Ручной прибор MBR UV-C Light Products работает... |
![]() | |
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP | |
В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —... |
![]() | |
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее | |
Передовая роботизированная система CARMA II ус... |
![]() | |
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности | |
Ученые из Санкт-Петербургского государств... |
![]() | |
Биотопливо за полтора часа: как томские ученые подстегнули энергетику | |
Междисциплинарная команда ученых из Томск... |
![]() | |
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+ | |
Инженеры из MIT придумали, как сдела... |
![]() | |
Свет, который не вредит: в КНИТУ-КАИ открыли новый способ исследования клеток | |
Молодые ученые из КНИТУ-КАИ совершили про... |
![]() | |
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры | |
Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны... |
![]() | |
ПГУ: Струна и закон Архимеда помогут сэкономить миллионы на нефтепродуктах | |
Ученые из Пензенского государственного ун... |
![]() | |
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
![]() | |
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей | |
Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м... |
![]() | |
Будущее горнодобывающей промышленности: инновации, меняющие правила игры | |
Дэвид Джайлс, главный научный сотрудник MinEx ... |
![]() | |
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии | |
В Национальном исследовательском ядерном униве... |
![]() | |
NatComm: Найден «благородный» способ увеличить вместимость карт памяти | |
Электронику будущего можно сделать еще ме... |
![]() | |
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям | |
Комментирует профессор Майя Вергниори, которая... |
![]() | |
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов | |
Катайский насосный завод, который находится в&... |
![]() | |
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы» | |
Исследователи из Томского политехническог... |