Создана первая квантовая система с симметрией четность — время

Американские исследователи реализовали одну из первых квантовых систем с симметрией четность — время (PT-симметрия). Это позволит исследователям изучить ранее неизвестные квантовые эффекты. Работа была опубликована в журнале Nature Physics.

Если вы отражаете систему в зеркале, это называется преобразованием четности. При нем, например, ваша правая рука отображается в левую, и наоборот. Если вы записываете видео эволюции системы и воспроизводите его в обратном порядке — это обращение времени. Если вы выполняете оба этих преобразования одновременно, и система выглядит так же, как и раньше, то система имеет PT-симметрию.

Предыдущие эксперименты продемонстрировали PT-симметрию в классических системах, таких как связанные маятники или оптические устройства, но эта новая работа показывает первую экспериментальную реализацию такой квантовой схемы.

Команда из Университета Вашингтона в Сент-Луисе использовала сверхпроводящую схему для создания трехфазной квантовой системы. Первое возбужденное состояние имеет тенденцию распадаться до основного. Также в системе существует второе возбужденное состояние, которое связано с первым. Используя метод, называемый пост-селекцией, команда рассматривала только те эксперименты, в которых кубит не распадался до основного состояния, так как только такой вариант приводит к эффективной PT-симметрии. Контролируя два параметра, связанных с энергией системы, ученые исследовали, как меняется ее поведение.

«Ключом к этому эксперименту была возможность контролировать окружающую среду так, чтобы только возбужденное состояние распадалось, а другие оставались. Мы не могли сделать это напрямую, — рассказывает один из исследователей Катер Марч. — В то же время мы можем поместить систему в определенное состояние, а затем выполнить процесс PT-симметрии, после которого точно знаем положение системы».

Странные явления, которые наблюдала команда, происходят из того факта, что система имеет сложные энергии, выражения для которых включают квадратный корень из -1. Каждое комплексное число имеет два квадратных корня, за исключением нуля. Точка, в которой два значения сливаются в одно, известна как вырождение. Здесь вырождение квадратного корня появляется в пространстве параметров, в котором оно называется «исключительной точкой». Она делит пространство параметров на PT-симметричную область, где система колеблется во времени, и PT-ломаную область, где система испытывает распад. Такое поведение резко контрастирует с типичными квантовыми системами, которые всегда колеблются во времени.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.