栏目分类

联系方式


地址:
联系人:
手机:
电话:
传真:
Q Q:
E-mail:
网址:

资讯中心

当前位置:pk10五码攻略 > 资讯中心 > 物理学家在量子力学系统中获得前所未有的可见性

物理学家在量子力学系统中获得前所未有的可见性

发布时间:2018-05-14 浏览次数:28

Quantum Engineering Group(QEG)实验室的NMR光谱仪。图片:Paola Cappellaro

当我们谈论“信息技术”时,我们通常指的是技术部分,如计算机,网络和软件。但是,信息本身及其在量子系统中的行为是MIT跨学科量子工程组(QEG)的中心焦点,因为它试图开发量子计算和其他量子技术应用。

QEG团队通过“物理评论快报”一篇新文章中描述的新颖测量方法和指标,为大量子力学系统中的信息传播提供了前所未有的可视性。该团队首次能够使用室温固态核磁共振(NMR)技术来测量氟磷灰石晶体中量子自旋之间相关性的扩散。

研究人员越来越认为,对信息传播的更清晰的理解不仅对于理解量子领域的运作是必不可少的,经典的物理定律往往不适用,而且还可以帮助设计量子计算机,传感器的内部“接线”,以及其他设备。

一个关键的量子现象是非经典关联或纠缠,其中一对或一组粒子相互作用,使得它们的物理性质不能独立描述,即使当粒子被广泛分开时。

自旋链中的量子多体相关性从没有障碍时的初始局部化状态发展而来,但是通过平均相关长度来衡量,被限制在有序尺度上。图片:Paola Cappellaro

这种关系是物理学领域迅速发展的核心,量子信息理论。它提出了一个新的热力学观点,即信息和能量是相互关联的 - 换句话说,信息是物理的,信息的量子水平共享是熵和热平衡的普遍趋势的基础,在量子系统中称为热化。

QEG负责人Paola Cappellaro,Esther和Harold E. Edgerton核科学与工程副教授与物理研究生Ken Xuan Wei和达特茅斯学院的长期合作者Chandrasekhar Ramanathan共同撰写了这篇新论文。

Cappellaro解释说,这项研究的主要目的是衡量两种物质状态之间的量子水平斗争:热化和局部化,信息传递受到限制的状态以及通过无序抵制高熵的倾向。 QEG团队的工作主要集中在自旋 - 自旋相互作用的作用至关重要的多体定位(MBL)的复杂问题。

在实验室中通过实验收集数据的能力是一个突破,部分原因在于即使对于当今功能最强大的计算机,量子系统和局部化热化转换的模拟也非常困难。 “当你有相互作用时,问题的规模会很快变得难以处理,”Cappellaro说。 “你可以使用蛮力模拟12次旋转,但这只是它 - 远远低于实验系统能够探索的程度。”

核磁共振技术可以揭示自旋之间的相关性的存在,因为相关的自旋在施加的磁场下比单独自旋旋转得更快。然而,传统的核磁共振实验只能提取关于相关性的部分信息。 QEG研究人员将这些技术与其晶体中自旋动力学的知识相结合,其几何形状大致限制了向线性自旋链的演变。

Cappellaro说:“这种方法使我们能够计算出一个度量标准,平均相关长度,一条链中有多少个自旋相互连接。 “如果相关性在增长,它会告诉你互动正在赢得对抗导致本地化的混乱。如果相关长度停止增长,那么无序就会获胜,并使系统处于更加量子化的状态。“

除了能够区分不同类型的本地化(例如MBL和更简单的Anderson本地化)之外,该方法还表示通过引入促进本地化的障碍来控制这些系统的可能的进步,Cappellaro增加了。由于MBL保留信息并防止信息混乱,因此它具有存储应用程序的潜力。

该研究的焦点“解决了关于热力学基础的一个非常基本的问题,为什么系统热化,甚至为什么存在温度概念的问题,”前麻省理工学院博士后Iman Marvian说,他现在是杜克大学部门的助理教授物理学和电子与计算机工程学士学位“在过去10年左右的时间里,从分析论证到数值模拟都有越来越多的证据表明,即使系统的不同部分彼此相互作用,在MBL阶段系统也不会热化。我们现在可以在一个实际的实验中观察到这一点,这是非常令人兴奋的。“

“人们已经提出了不同的方法来检测物质的这个阶段,但是他们很难在实验室中测量,”Marvian解释说。 “Paola的小组从新的角度研究了它,并介绍了可以测量的数量。我对他们如何能够从这些NMR实验中提取有关MBL的有用信息印象深刻。这是一个巨大的进步,因为它可以用天然水晶对MBL进行实验。“

Cappellaro说,该研究能够利用美国空军先前拨款开发的与核磁共振有关的能力,以及美国国家科学基金会的一些额外资金。她补充说,这个研究领域的前景是乐观的。 “很长时间以来,大多数多体量子研究都集中在平衡性质上。现在,因为我们可以做更多的实验,并希望设计量子系统,所以对动力学有更多的兴趣,以及专门针对这个领域的新计划。希望我们能够获得更多资金并继续工作。“

出版物:Ken Xuan Wei等人,“探索核自旋链的本地化”,Physical Review Letters,2018; DIO:10.1103 / PhysRevLett.120.070501

资料来源:麻省理工学院核科学与工程系Peter Dunn


Copyright © 2017 pk10五码攻略 版权所有