충분한 시간이 주어지면 깔끔한 방도 지저분해질 것입니다. 옷, 서적 및 종이는 주문한 상태를 남기고 바닥을 가로 질러 흩어집니다. 성가신, 불충분에 대한 이러한 경향은 자연의 법칙을 반영합니다. 장애는 성장하는 경향이 있습니다.
예를 들어, 가압 스쿠버 탱크를 열면 내부의 공기 분자가 튀어 나와 방 전체에 퍼집니다. 얼음 큐브를 뜨거운 물에 넣으면 순서대로 얼어 붙은 물 분자가 결정적인 격자가 결합하여 분산됩니다. 혼합 및 확산에서 시스템은 환경과의 평형을 향해 열화라고 불리는 과정입니다.
그것은 일반적이고 직관적이며, 물리학 자 팀이 51 개의 루비듐 원자를 연속으로 줄을 지어 레이저와 함께 제자리에 붙잡 았을 때 볼 것으로 기대했던 것입니다. 원자는 질서 정연한 패턴으로 시작하여 가장 낮은 에너지 "지상"상태와 여기 에너지 상태를 번갈아 가며 시작했습니다. 연구원들은이 시스템이 빠르게 열화 될 것이라고 가정했다. 지상과 여기 상태의 패턴은 거의 즉시 혼란스러운 순서로 정착 될 것이다.
그리고 처음에는 패턴이 뒤죽박죽이되었습니다. 그러나 놀랍게도 원래 교대 시퀀스로 되돌아갔습니다. 약간의 혼합 후, 그것은 초기 구성으로 다시 돌아 왔습니다. 앞뒤로 가서 열화 된 후 오랫동안 마이크로 초 아래에서 몇 번 진동했습니다.
하버드 대학교의 물리학 자이자 그룹의 리더 인 미하일 루킨 (Mikhail Lukin)은 마치 마치 뜨거운 물에 아이스 큐브를 떨어 뜨린 것처럼 보였습니다. "당신이 보는 것은 얼음이 녹고 결정화되고 녹아 내고 결정화된다는 것"이라고 그는 말했다. "정말 이례적인 일입니다."
물리학 자들은이 기괴한 행동을“양자가 많은 신체 흉터”라고 불렀습니다. 마치 흉터가있는 것처럼, 원자는 과거의 각인을 가지고있는 것처럼 보입니다.
결과가 자연 에 출판 된 후 16 개월 동안 , 여러 그룹의 물리학 자 들이이 양자 흉터의 본질을 이해하려고 노력했습니다. 일부는이 발견이 양자 입자가 상호 작용하고 행동하는 방식에 대한 새로운 범주를 예고 할 수 있다고 생각합니다. 그러한 시스템이 열화를 향한 불가피한 행진을 따르는 물리학 자의 가정을 무시하는 것입니다. 또한,이 흉터 효과는 향후 양자 컴퓨터의 새로운 종류의 오래 지속되는 양자 비트, 주요 성분으로 이어질 수 있습니다.
제로 확률 극복
실제로, 물리학 자들이 51 개 원자 시스템을 만들었을 때, 그들은 양자 컴퓨팅을 주시했습니다. 이 시스템은 실제로 양자 시뮬레이터, 고전적인 컴퓨터로 조사 할 수없는 양자 프로세스를 시뮬레이션하도록 설계된 기계입니다. 당시 기계는 지금까지 구축 된 최대의 양자 시뮬레이터였습니다.
하버드 머신의 원자는 큐 비트 역할을하며, 이들의 온 오프 상태는지면 상태 또는 Rydberg 상태라고 불리는 여기 상태입니다. 이 시스템을 통해 연구원들은 원자가 서로 얼마나 강하게 상호 작용하는지 조정하여 원하는대로 조정할 수 있습니다.
연구원들은 지상 및 여기 상태의 초기 구성을 준비했습니다. 원자는 서로 강하게 상호 작용하기 때문에 열화해야합니다. 그러나 가스 분자처럼 섞이지 않고, 이러한 종류의 양자 시스템의 원자는 얽힘이라고 불리는 서로 깊은 양자 연결을 개발합니다. 루킨은“그러면 얽힘이 퍼질 것입니다. "그것이 열화가 발생하는 방식입니다."
일반적으로 시뮬레이터에서 얽힘이 커졌습니다. 그러나 연구자들이 교대로 흥분된 상태의 구성으로 실험을 시작했을 때, 입자는 얽히고 원래 구성 안팎으로 움직일 때 얽히고 분리되어 진동합니다.
그 행동은 불가능한 시점이 될 가능성이 없었습니다. 원자가 상호 작용하기 시작하면, 원자는 가능한 수의 가능한 수의 순서와 접지 상태로 전환 될 수 있기 때문에 교대 패턴이 빠르게 잊혀져야합니다. 공기 분자가 탱크 내부의 초기 구성을 피하고 방을 통해 분산시키는 스쿠버 탱크의 경우와 같습니다. 분자들이 그들 모두가 자발적으로 탱크로 다시 짜낼 확률이 효과적으로 0이 될 수 있음을 탐구 할 수있는 가능한 많은 장소가 있습니다.
영국 리즈 대학교의 물리학자인 Zlatko Papić는“이용 가능한 양자 시스템은 가능한 많은 상태에 존재할 수 있으므로 그들이 돌아와서 어디에서 왔는지 찾기가 매우 어려울 수 있습니다.
그러나 그것이 루킨이 말한 것과 정확히 일치합니다. Papić는이 시스템에는 경로를 되찾아 줄 수있는 특별한 물리학이있는 것으로 보인다고 Papić는 말했다. "빵 부스러기를 떠나 어디에서 왔는지 돌아갑니다."
Lukin은“이것은 양자 기계로 만든 최초의 실제 발견이었습니다.
Lukin과 동료들은 실험을 작성하기 시작했지만, 논문이 출판되기 전에 Lukin은 2017 년 7 월 이탈리아 Trieste에서 열린 회의에서이를 설명했다. "청중의 누군가가 그 이유가 무엇인지에 대한 아이디어가 있다고 생각하지 않습니다."
.경기장의 흉터
그러나 곧 Papić와 동료들은이 행동이 약 30 년 전에 발견 된 현상을 연상시키는 것을 깨달았습니다.
1980 년대에 하버드의 물리학 자 에릭 헬러 (Eric Heller)는 양자 혼란을 탐구하고있었습니다. 혼란스러운 시스템에 양자 역학을 적용하면 어떻게됩니까? 특히, 헬러는 당구 공이“Bunimovich Stadium”내부에서 어떻게 반 사각형으로 튀어 오르는지를 고려했습니다. 시스템은 혼란 스럽습니다. 충분한 시간이 주어지면 공은 경기장 내부의 가능한 모든 궤적을 덮을 것입니다. 그러나 공을 특정 각도로 시작하면 대신 같은 경로를 영원히 되돌릴 것입니다.
.사고 실험에서 Heller는 공을 양자 입자로 교체했습니다. Papić는 양자 역학의 규칙을 추가 할 때“고전적인 시스템이 이미 혼란스러워하는 경우 순진한 기대는“더 혼란스러운 행동을 기대해야한다”고 말했다. 양자 특성의 추상적 수학적 캡슐화 인 입자의 파도 기능은 연못 전체에 물이 파도가 거칠어지는 것처럼 경기장 전체에서 번지야합니다. 주어진 장소에서 입자를 찾을 가능성은 경기장의 어느 곳에서나 동일해야합니다.
그러나 Heller는 퍼지는 대신 입자의 파도 기능이 볼이 스스로 되돌아가는 특수 고전적인 경우와 같은 경로를 따라 모여 있음을 발견했습니다. 마치 파도 가이 특별한 궤적에 대한 기억을 개발하는 것처럼 보입니다. 헬러는“이것은 그들을 위해 집에가는 것과 같습니다. “그들은 정말로 그들이 태어난 곳으로 돌아 가기를 원합니다. 그렇게 간단합니다.”
이 궤적을 따라 놀면서 입자의 파도는 건설적으로 그 자체를 방해합니다. 크레스트는 문장에 추가되고 트로프는 트로프에 추가됩니다. 결과적으로, 입자는이 경로를 따라 어딘가에 존재할 가능성이 높습니다. 그래프에서 입자의 확률 분포는 이러한 고전적인주기 궤적의 퍼지 버전과 유사합니다. 헬러는“그들은 나를 흉터처럼 보인다. 그래서 그의 1984 년 논문에서 그것이 그가 그들을 부르는 것입니다.
Papić는 비슷한 현상이 왜 51-Atom 시스템이 초기 구성으로 돌아 왔는지 설명 할 수 있다고 말했다. 어쩌면 그것도 향수병이었을 수도 있습니다.
흉터를 만드는 컷
알아 내기 위해 Papić와 그의 동료들은 51-Atom 시스템 모델의 양자 상태를 분석했습니다. 그들은 이상한 진동 행동이 실제로 헬러의 양자 흉터와 비슷해 보였다. 그들은 흉터가있는 궤적에 해당하는 특수 상태와 유사한 상태를 확인했습니다. 주기적으로 해당 상태로 돌아 가면 시스템은 열화를 피할 수 있습니다. 양자 흉터와의 연결은 작년에 자연 물리학의 논문에서 , 그들은이 현상을“양자 다수의 흉터”라고 불렀습니다.
Papić의 분석에 대한 초기 회의론에도 불구하고 Lukin은 Harvard의 물리학자인 Wen Wei Ho와 함께 1 월에 출판 된 논문에서 양자 흉터에 대한 연관성을 만들었습니다. 그들은 51- 원자 시스템의 상태를 추상적 인 공간의 지점으로 묘사하는 고전적인 방법을 식별했습니다. 시스템의 상태가 바뀌면서 요점이 움직입니다. 연구원들은이 시스템이 이상한 진동을 겪을 때 경기장 당구 테이블을 가로 지르는 공의 특별한주기적인 경로와 비슷한 방식으로 포인트가 앞뒤로 슬로스된다는 것을 발견했습니다.
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연구원들은 고전적인 비유를 찾아서 Heller의 단일 신체 현상이 실제로 많은 신체 시스템에 적용된다는 사례를 강화했습니다. 헬러는“이 사람들은 무언가를하고있다”고 말했다. “정말 그렇습니다.”
분명한 것은 실험이 전 세계의 연구원들의 관심을 끌었다는 것입니다. 캘리포니아 기술 연구소의 한 그룹은 51- 원자 시스템의 특수 흉터 상태 중 일부를 나타내는 수학적 표현을 확인했습니다. 프린스턴 대학교의 또 다른 또 다른 것은 흉터가 응축 물질 물리학의 다른 영역에 응용 프로그램을 갖춘 더 넓은 현상이 될 수 있다고 제안했다. Ho는“우리는이 시스템에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해한다고 생각합니다. "하지만 다른 흉터가있는 궤적을 찾을 수있을 때 여전히 일반적인 레시피가 없습니다."
.그리고 더 깊은 질문은 남아 있습니다. 실험에 관여하지 않은 하버드의 물리학자인 Vedika Khemani는“ '흉터'는 문제에 대한 유용한 설명입니다. "그러나 나는 여전히 흉터의 원인을 이해하고 있다고 생각하지 않습니다."
무작위성의구조
이러한 미지의 사람들에도 불구하고, 많은 바디 흉터는 새로운 종류의 양자 시스템을 나타낼 수 있기 때문에 물리학자를 흥분시킵니다.
지난 몇 년 동안, 물리학 자들은 무작위 불순물로 인해 시스템이 열화되는 것을 막는 많은 신체 현지화라고 불리는 또 다른 계급을 탐구 해 왔습니다. 비유로, 평평한 풍경을 돌아 다니는 소의 무리를 고려하십시오. 젖소들은 결국 퍼져 나와서 소 열화라고 부릅니다. 그러나 풍경에 임의의 언덕이 있으면 소는 대신 계곡에 갇히게됩니다.
마찬가지로, 양자 다수의 흉터 시스템은 혼란스럽고 열 화 시스템이 아닙니다. 그러나 언덕과 같은 것은 없습니다. Papić는“이 작품은이 두 가지 사이에 새로운 클래스의 시스템이 있음을 시사합니다.
흉터 효과를 설명하기 위해 Khemani의 최근 분석에 따르면 51 개 원자 시스템은 통합 가능한 시스템이라고하는 것과 적어도 (적어도 가까운) 일 수 있습니다. 이러한 시스템은 특수한 고립 된 경우이며, 열화를 방지하는 방식으로 조정되는 많은 제약과 기능이 있습니다. 따라서 흉터 시스템이 통합 가능하다면 더 넓은 종류의 현상의 독특한 사례 일 수 있습니다.
물리학 자들은 수십 년 동안 통합 가능한 시스템을 연구 해 왔으며,이 시스템이 통합 가능하다면, 그 의미는 독특한 양자 시스템 인 것보다 덜 매력적이라고 말했다. Papić, Ho 및 Lukin 은이 가능성에 반대하는 논문을 썼습니다.
많은 바디 흉터가 실제로 새로운 종류의 양자 행동인지 여부에 관계없이, 발견은 양자 컴퓨터를 개선하는 데 사용될 수 있다는 열렬한 전망을 가리 킵니다.
.양자 컴퓨터를 구축하는 데있어 어려움 중 하나는 깨지기 쉬운 큐빗을 보호해야한다는 것입니다. 외부 환경의 교란 또는 섭동으로 인해 큐 비트가 열화되어 저장된 정보를 지우고 컴퓨터를 쓸모 없게 만들 수 있습니다. Ho는“다른 시스템에서 흉터를 유발할 수있는 일반적인 방법을 찾을 수 있다면 오랫동안 양자 정보를 보호 할 수 있습니다.
그러므로 흉터는 컴퓨터가 메모리에 달라 붙을 수있는 방법을 제공 할 수 있으며, 열화의 혼란이 사라지기 전에 과거를 보존합니다.
.Papić는“어떻게 든 완전히 임의의 환경과 공존하는 아름다운 구조가 있습니다. “어떤 종류의 물리학이 이런 일이 일어날 수 있습니까? 이것은 많은 물리학 영역을 통과하는 일종의 깊고 심오한 질문이며, 이것이 또 다른 화신이라고 생각합니다.”
.이 기사는 Investigacionyciencia.es 에서 스페인어로 재 인쇄되었습니다 .
