양자 세계가 이상하다는 것은 잘 알려져 있습니다. 양자 역학에 대한 대부분의 뉴스 조각은 일부 양자 현상이 일반적인 거시적 현상과 달리 어떻게 행동하는지 보여주는 새로운 연구로 구성됩니다. 따라서 새로운 연구가 펀치 라인이 일부 양자 시스템 인 파티클의 거시적 시스템과 유사한 행동을 나타내는 라운드를 만들고 있다는 것은 약간 아이러니합니다.
자연에 발표 된 새로운 연구에서, Imperial College London의 물리학 자 팀은 10 개의 과냉각 광자 미만으로 구성된 Bose-Einstein 응축수 상태에서 위상 전환을 관찰하는 보고서를보고합니다. 개별 광자가 응축수에 첨가함에 따라, 개별 광자들 사이의 일관성은 증가하여, 광자 집단 증가와 관련하여 일관성이 빠르게 감소하기 시작하는 약 7 개의 광자의 임계점에 도달 할 때까지 증가 할 것이다. 이러한 위상 전이 (시스템의 동작과 역학에 대한 비선형 변화)는 입자의 큰 앙상블이 큰 거시적 물체에서 일반적입니다.
이러한 변화가 입자가 거의없는 양자 시스템에서 발생한다는 발견은 물리학자가 물질, 빛 및이 둘 사이의 기본 상호 작용의 양자 특성을 더 잘 조사 할 수있게 해줍니다. "위상 전이의 물리학과 소규모 시스템의 접근성 인 두 가지 세상의 최선을 다해이 특이한 광원은 측정 또는 감지에 잠재적 인 응용 프로그램이 있습니다." 수석 공동 저자 인 Florian Mintert 박사는 Phys.org에게 말했다.
위상 전이 및 보스-이인슈타인 응축수
과학자들이 연구 한 대부분의 물질은 엄청나게 많은 양의 입자로 구성됩니다. 이 숫자는 너무 커서 일반적으로 시스템의 거시적 행동 특성에 거의 차이가 거의 없습니다. 단일 한 방울과 물로 가득 찬 양동이는 섭씨 100도에서 끓고 섭씨 0도에서 동결됩니다. 상태의 이러한 변화는 위상 전이라고하며, 가장 흔한 것은 고체에서 액체 로의 물질 전이이며, 더 이국적인 물질과 위상 전이가 존재합니다.
.간단한 용어로, 시스템이 새로운 행동이 빠르게 나타나는 특정 "임계 가치"에 부딪 칠 때 위상 전이가 발생합니다. 화학의 위상 전이 현상에서 얻은 교훈은 진화 게임 이론, 주식 시장 및 교통 체증에서도 적용을 발견했습니다. 많은 수의 입자가 한 번에 모두 작용하는 것처럼 보이는 거시적 시스템에서 갑작스럽고 비선형 변화를 일으킨다. 이러한 위상 전이는 모든 입자가 한 번에 작용하여 행동의 대규모 변화를 생성하기 위해 한 번에 작용하는 시스템에서 발생합니다.
.대조적으로 물리학자가 연구 한 대부분의 양자 시스템은 소수의 입자로만 구성됩니다. 따라서 문제는 자연스럽게 발생합니다. 양자 구에 대해 동일한 위상 전이 규칙을 유지합니까? 알아 내기 위해, 팀은 미세 염료 및 거울 시스템을 사용하여 10 개 미만의 광자 중 슈퍼 쿨링 된 Bose-Einstein 응축수 (BEC)를 만듭니다. 과냉각 입자가 가장 낮은 양자 상태를 차지하기 시작할 때 BEC가 형성됩니다.
이러한 수준에서, 파동 입자 이원성과 같은 양자 효과는 양자 그룹과 입자의 앙상블 사이에서 단수 "초자동"처럼 행동하기 시작합니다. Becs는 생산하기가 어렵고 포함하지만 고유 한 특성은 양자 앙상블에 대한 연구를위한 이상적인 주제를 만듭니다.
BEC와 관련된 문제에 대한 이전 연구는 수천 개의 양자 입자의 앙상블에서 구성된 BEC를 사용했습니다. 이 현재의 연구는 팀이 최소한 기록이 기록 된 BEC 응축을 달성했다는 점에서 독특합니다. 기록 된 가장 작은 숫자는 2014 년 독일 과학자 팀이 달성 한 70 개의 광자였습니다.
팀은 거울 설정을 사용하여 앙상블에 함께 광자를 천천히 추가했습니다. 그들은 초기에 더 많은 광자가 추가됨에 따라 입자의 일관성이 증가 함을 관찰했다. 시스템이 약 7 개의 입자에 도달하면,이 패턴이 파손되었고 더 많은 입자가 추가됨에 따라 일관성이 감소하기 시작했습니다. 연구원들에 따르면,이 시점은 위상 전이 인 BEC의 "응축"을 나타 냈습니다. 거시적 시스템에서 볼 수있는 것만 큼 갑자기 전환되지 않았지만, 거시적 시스템의 위상 동작을 모방하여 예측 가능하고 신뢰할 수있는 지점에서도 여전히 발생했습니다.
.이 팀은 광자의 수가 약 7 ± 2의 임계점에 도달하면 일부 메커니즘은 미세 캐비티에서 광자에 걸쳐 일관성이 갑자기 감소한다고 트리거합니다. 연구에 따르면, "다중 모드 응축수에서, 하나의 응축 모드의 광자는 다른 모드에 대한 저장소로 작용하여 숫자 변동을 향상시키고 위상 상관 관계를 감소시킬 수있다"고 말했다. 일반적인 아이디어는 특정 시점에서 입자들 사이의 피드백이 현재 안정적인 구성을 화나게하여 일관성을 감소시키는 것으로 보인다. 저자는 광자의 수가 적절하게 조정 될 때, 결과는 고전적인 전자기 이론으로 설명 할 수없는 비 고전적 빛 상태가 될 것이라고 예측한다.
.그래서 이것이 우리에게 무엇을 의미합니까? 글쎄, 입자가 그런 작은 규모로 어떻게 행동하는지 아는 것은 우리가 원하는 것을 할 수 있도록 조작 할 수있는 더 많은 공간을 제공합니다. 양자 컴퓨팅의 새로운 분야는 매우 정확한 양자 상호 작용에 의존하여 사물을 계산하고보다 정확한 양자 상호 작용 모델을 갖는 것이 그 목표를 더욱 발전시킬 것입니다. 또한, 양자 영역으로의 위상 전이 개념의 확장은 연구를위한 길을 열어줍니다. 이 연구의 수석 저자 인 Robert Nyman에 따르면,“이제 '위상 전환'이 여전히 작은 시스템에서 유용한 개념임을 확인 했으므로 더 큰 시스템에서는 불가능한 방식으로 속성을 탐색 할 수 있습니다.”
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