NOI PROTOCOALE PENTRU IDENTIFICAREA STĂRILOR CUANTICE
În prezent, simulatoarele cuantice moderne oferă o gamă largă de posibilități pentru pregătirea și investigarea stărilor cuantice complexe. Sunt realizate cu atomi ultra-răciți în grile optice, atomi Rydberg, ioni captivi sau biți cuantici supraconductori. O clasă deosebit de fascinantă de stări cuantice o reprezintă cea a stărilor topologice ale materiei. David Thouless, Duncan Haldane și Michael Kosterlitz au primit premiul Nobel pentru Fizică în 2016 pentru descoperirea lor teoretică. Aceste stări ale materiei sunt caracterizate prin corelații cuantice non-locale și sunt deosebit de robuste în fața distorsiunilor locale care apar inevitabil în experimente.
”Identificarea și caracterizarea unor astfel de faze topologice în experimente este o provocare mare”, precizează Benoît Vermersch, Jinlong Yu și Andreas Elben de la Centrul de Fizică Cuantică de la Universitatea Innsbruck și de la Institutul de Optică Cuantică și Informații Cuantice al Academiei Austriece de Științe.
”Fazele topologice nu pot fi identificate prin măsurători locale datorită proprietăților lor speciale. Prin urmare, dezvoltăm protocoale noi de măsurare, care vor permite fizicienilor experimentali să caracterizeze aceste stări în laborator.”
În ultimii ani, acest lucru a fost deja realizat pentru sistemele care nu interacționează. Cu toate acestea, pentru sistemele care interacționează, care în viitor ar putea fi utilizate și ca computere cuantice topologice, acest lucru nu a fost posibil până acum.
CU MĂSURĂTORI ALEATORII CĂTRE UN REZULTAT CERT
În publicația ”Science Advances”, fizicienii din grupul de cercetare al lui Peter Zoller propun noi protocoale de măsurare care permit măsurarea așa-numitelor invariante topologice. Aceste expresii matematice descriu proprietățile comune ale spațiilor topologice și fac posibilă identificarea completă a stărilor topologice care interacționează cu simetria globală în sisteme unidimensionale, bosonice.
”Ideea metodei noastre este să pregătim mai întâi o astfel de stare într-un simulator cuantic. În prezent, sunt efectuate așa-numitele măsurători aleatorii, iar invariantele topologice sunt extrase din corelări statistice ale acestor măsurători aleatorii,” explică Andreas Elben.
Caracteristica specifică a acestei metode este că, deși invariantele topologice sunt funcții de corelație extrem de complexe, non-locale, ele pot fi totuși extrase din corelațiile statistice ale măsurătorilor simple aleatorii locale. Ca și în cazul unei metode prezentate recent de grupul de cercetare pentru compararea stărilor cuantice în calculatoare sau simulatoare, astfel de măsuri aleatorii sunt posibile în experimentele de astăzi.
”Protocoalele noastre de măsurare a invariantelor topologice pot fi, prin urmare, aplicate direct în platformele experimentale existente”, conchide Benoît Vermersch.
Sursa: EurasiaReview; Legendă foto: O clasă cu totul fascinantă a stărilor cuantice este cea a stărilor topologice ale materiei; Credit foto: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch; Traducere și adaptare: Crișan Petru Ciprian.
