Новости физики в Интернете


Комплексные числа в квантовой механике

Математический формализм квантовой механики, основанный на векторе состояния в комплексном гильбертовом пространстве, успешно описывает экспериментальные данные. Однако предпринимались попытки переформулировать квантовую механику в действительным гильбертовом пространстве с использованием только действительных чисел. В недавней работе M.-O. Renou и соавторов было показано, что получающаяся в этом случае теория не полностью эквивалентна теории в комплексным гильбертовом пространством, причём отличия могут быть выявлены в эксперименте. Расхождение результатов можно записать в виде соотношений, напоминающих неравенства Белла. Идея эксперимента состоит в использовании «квантовой сети», когда наблюдатели A и C пересылают по одной из частиц квантово запутанных пар наблюдателю B, который выполняет над ними совместное квантовое измерение, что определённым образом запутывает остающиеся у A и C состояния. Затем выполняется корреляционный анализ по примеру теста Белла. Эта схема была реализована в двух экспериментах. В [1] использовались квантово запутанные пары фотонов, а в [2] применялись сверхпроводящие кубиты, управляемые микроволновыми импульсами. В обоих случаях с высокой достоверностью было показано, что справедлив формализм квантовой механики в комплексном гильбертовом пространством, а формулировка с использованием только действительных чисел исключена на высоком уровне статистической достоверности. В [1] достоверность 4,5 σ, а в [2] она достигает 43 σ. [1] Zheng-Da Li Z.-D. et al. Phys. Rev. Lett. 128 040402 (2022) [2] Chen M.-C. et al. Phys. Rev. Lett. 128 040403 (2022)

Соотношение неопределенностей диссипация-время

В 2020 г. в работе исследователей из Люксембургского университета G. Falasco и M. Esposito с помощью математических методов статистической механики было показано, что скорость производства энтропии, связанная с диссипацией, ограничивает темпы эволюции физических процессов, и было выведено соответствующее соотношение «диссипация-время» . Его предельным случаем является бесконечное время эволюции при отсутствии диссипации, когда процесс обратим. L.-L. Yan (Чжэнчжоуский университет, Китай) и соавторы выполнили эксперимент [3], в котором это соотношение проверено для неравновесной системы на основе электронных переходов в единичном ионе 40Ca+ под влиянием лазерных импульсов. Исследовалось передача энергии при переходах между двумя выделенными уровнями, представляющими два тепловых резервуара, а роль диссипативных процессов играли переходы на другие уровни. Каждый отдельный переход в ионе происходит случайно, но в среднем эти переходы определяются характером диссипации. Было впервые показано наличие ограничения на скорость передачи энергии, соответствующего производству энтропии (диссипации) и описываемого соотношением диссипация-время. Данные результаты важны для изучения связи квантовой механики и термодинамики и могут оказаться полезными для устройств квантовой информации, т.к. путём контроля диссипации можно ускорить квантовые операции. О предельной скорости квантовой динамики см. [4]. [3] Yan L L et al. Phys. Rev. Lett. 128 050603 (2022) [4] Жёлтиков А М УФН 191 386 (2021); Zheltikov A M Phys. Usp. 64 370 (2021)

Квантовый бумеранг

Эффект андерсоновской локализации был предсказан ещё в 1958 г., однако его интересная особенность, называемая «квантовым бумерангом», была обнаружена теоретически лишь недавно — в 2019 г. Этот контринтуитивный квантовый эффект заключается в том, что андерсоновская локализация в неупорядоченной среде в комбинации с симметрией относительно обращения времени может приводить к тому, что квантовый волновой пакет частицы с некоторого момента распространяется в обратном направлении и занимает начальное состояние. R. Sajjad (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, США) и соавторы выполнили эксперимент [5], в котором впервые наблюдался предсказанный эффект квантового бумеранга, но вместо возвращения самих частиц рассматривалось возвращение к начальному значению величины их импульсов. Бозе-эйнштейновский конденсат из 107 атомов 7Li помещался в оптическую решетку, и с помощью резонанса Фешбаха выключалось взаимодействием между атомами. Вторая пульсирующая решетка, имеющая фазовый сдвиг, оказывала импульсное воздействие на атомы. Измерения показали, что с течением времени полученные атомами импульсы возвращались к нулевым значениям, что является аналогом возвращения волнового пакета в эффекте квантового бумеранга. [5] Sajjad R et al. Phys. Rev. X (2022) (в печати)

Кубит на основе SiC

Твердотельные квантовые логические ячейки на основе спиновых дефектов имеют хорошую перспективу для применения в устройствах квантовой информации и коммуникации благодаря большому времени когерентности и возможности создания оптических интерфейсов. Особый интерес представляют ячейки в виде нейтральных дивакансий в карбиде кремния SiC, поскольку они хорошо совместимы с другими полупроводниковыми устройствами. Однако имеется сложность со считыванием спинового состояния дефекта, обычно осуществляемым путём наблюдения спин-зависимой флуоресценции после лазерного возбуждения. В этом методе среднее число регистрируемых фотонов за цикл считывания <<1. В новом экспериментальном подходе, разработанным C.P. Anderson (Чикагский университет, США) и соавторами [6], удалось достигнуть как считывания за один цикл, так и длительного времени когерентности состояния — около 5 с. Это время примерно на два порядка превышает достигнутое в предыдущих экспериментах с кубитами на основе SiC. Использовался метод спин-зарядовой конверсии в комбинации со спин-селективной ионизацией лазерными импульсами. Процесс считывания сводится лишь к регистрации факта наличия или отсутствия электрона на электронном уровне после ионизации. Фотонный сигнал в этом случае в 104 раз сильнее, чем при обычной флуоресценции, и процесс считывания намного более эффективен. О квантовых сетях см. [7]. [6] Anderson C P et al. Science Advances 8 eabm5912 (2022) [7] Сукачёв Д Д УФН 191 1077 (2021); Sukachev D D Phys. Usp. 64 1021 (2021)

Необычный радиотранзиент

N. Hurley-Walker (Международный центр радиоастрономических исследований, Австралия) и её коллеги обнаружили необычный переменный радиоисточник, обладающий периодичностью 18,2 мин. [8]. Ранее у радиоисточников такая периодичность никогда не наблюдалась. В архивных данных низкочастотных наблюдений на радиотелескопах массива Murchison Widefield Array (MWA) с января по март 2018 г. обнаружен 71 импульс от данного источника. Импульсы длятся 30-60 с и содержат также более короткие (<0,5 с) пики. Мера дисперсии излучения в комбинации с моделями электронной плотности в Галактике свидетельствует о том, что источник находится в нашей Галактике на расстоянии 1,3 ± 0,5 кпк. Он имеет нетепловой спектр с показателем α=-1,16, а яркостная температура 1016 К говорит о когерентном механизме излучения. Излучение линейно поляризовано на уровне 88 ± 1 %, что может свидетельствовать о наличии в источнике сильного магнитного поля. Пока неизвестно, какова природа этого необычного радиотранзиента. Это может быть магнетар (сильнозамагниченная нейтронная звезда) с очень длинным периодом вращения, белый карлик или даже космический объект нового типа. [8] Hurley-Walker N et al. Nature 601 526 (2022)

Новостной канал

Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.

Постоянный ведущий — Ю.Н. Ерошенко.

Материалы подготовлены на основе электронных препринтов и бюллетеней.

Физические ресурсы Рунета

© Успехи физических наук, 1918–2022
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение