22 октября 2018, 18:21

Математическая деформация времени помогла понять реальные квантовые системы

Математическая деформация времени помогла понять реальные квантовые системы

Общественное достояние

Ученые классифицировали квантовые каналы при помощи деформации времени. Такая классификация поможет выделить квантовые системы с необычными и интересными свойствами, а также позволит понять эффекты памяти в эволюции открытых квантовых систем и их проявления в реальных физических задачах, таких как распространение сигнала по квантовым линиям связи и поведение кубитов в регистре квантового компьютера. Работа ученых опубликована в Physical Review A.

Физики изучили уравнения, которые позволяют по начальному состоянию системы предсказать ее эволюцию, — квантовые кинематические уравнения для открытой системы. Квантовость означала, что описываемый уравнением объект подчиняется законам квантовой физики, поэтому может находиться одновременно в нескольких состояниях, удовлетворять соотношению неопределенностей (когда нельзя одновременно точно измерить импульс с положением в пространстве) и демонстрировать некоторые другие явления.

Открытые квантовые объекты со временем обычно постепенно и необратимо приближаются к классическим. Подобное поведение называют марковским. В случае сложного окружения динамика объекта может быть иной: квантовые эффекты сначала слабеют, а затем опять на некоторое время усиливаются. В этом случае говорят о немарковской квантовой динамике.

Изменение квантовой системы описывается так называемым квантовым каналом. Это математическое отображение, которое можно представить в виде воображаемой трубки: система попадает туда в одном состоянии и выходит в другом. Для светового импульса, например, квантовый канал будет математическим представлением оптоволокна, но возможны и менее очевидные случаи. Квантовое динамическое отображение тоже может быть марковским или немарковским — в соответствии с динамикой описываемой системы.

«Марковская квантовая динамика характеризуется тем, что в процессе такой динамики квантовая информация монотонно перетекает в окружение, то есть все время уходит и никогда не возвращается, — поясняет один из авторов работы, сотрудник МФТИ Сергей Филиппов. — Если отдаваемая наружу информация способна возвращаться назад и мы не можем в отрыве от окружения рассматривать такой канал по частям, то динамика является немарковской».

Ученые нашли «нефизическое» преобразование уравнений, которое позволяет лучше проявить важные особенности реальных физических систем и отличить марковскую динамику от немарковской. «Физически мы, конечно, не можем ускорять или замедлять время произвольным образом так, чтобы это меняло всю физику системы. Даже в специальной теории относительности с характерным для нее замедлением времени все законы автоматически переписываются в том же самом виде при переходе от одной инерциальной системы отсчета в другую. Другими словами, хотя время и течет в разных системах отсчета по-разному, физика процесса не меняется. Мы же рассматриваем добавление в уравнения явно зависящего от времени множителя, что приводит к нефизической деформации времени в уравнении. Марковские процессы совсем не чувствительны к такой деформации, они по-прежнему соответствуют некой модифицированной, но физической эволюции. Однако для немарковских процессов деформация уравнений существенно изменяет решение: оно перестает быть физическим. Таким образом, деформация времени позволяет отделить марковские процессы от немарковских, а это уже реальная физика», — говорит Сергей Филиппов.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

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

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.