Ученые из университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене обнаружили новый эффект, который предполагает защиту квантовых систем от декогеренции (процесса нарушения связей, вызываемого взаимодействием квантовомеханической системы с окружающей средой). Открытие может стать серьезным шагом а области обработки квантовой информации.
Законы классической физики дают вполне адекватное описание поведения нашей Вселенной в макроскопических масштабах. В мире классической механики состояние физической системы и ее дальнейшее развитие полностью определяется местом в пространстве и скоростью составляющих ее частиц. Но на микроскопическом уровне, где динамика включает в себя изменение энергии во времени, царит квантовая механика и математические законы позволяет даже отдельным частицам занимать суперпозиции различных классических состояний. Положение и скорость частицы могут быть описаны в терминах вероятности.
Это означает, что система имеет намного больший диапазон возможных состояний. Поэтому ее сложнее описать, но эта сложность также предлагает новые возможности для технического применения. Например, квантовые эффекты в квантовых компьютерах являются предметом интенсивных исследований. Миниатюризация обычных электронных компьютеров произошла настолько быстро, что размеры компонентов уже приближаются к пределу, при котором квантовые явления должны быть явно учтены. В настоящее время усилия сосредоточены на минимизации возмущений, вносимых такие явлениями, но квантовый компьютер требует использования квантовых эффектов, например, сложных суперпозиций для обработки информации, для значительного увеличения эффективности вычислений.
Контроль квантовых эффектов влечет за собой одно серьезное ограничение: квантовомеханические состояния чрезвычайно хрупки. Если квантово-механическая система не будет эффективно защищена от внешних воздействий, ее взаимодействие с окружающей средой приведет к быстрому распаду квантовых свойств самой системы. Известно, что если использовать зонд-детектор для измерения положения и скорости квантовой частицы - например, атома - сам факт наличия измерения заставляет систему принять только одно определенное состояние, и суперпозиция будет уничтожена. Также и в случае с квантовой системой - когда она соединена чем либо с окружающей средой, происходит то же самое. Взаимодействие приводит к тому, что информация, хранящаяся в системе, безвозвратно теряется.
Декогеренция - бич каждого экспериментатора, который изучает квантовые свойства механической системы или хочет использовать их для технического применения.
До сих пор было принято считать, что распад квантовой когерентности всегда происходит со временем экспоненциально.
В своем новом исследовании, вместо того чтобы использовать простые системы, такие как изолированный электрон или ион, ученые рассматривали "системы из многих тел", например, электроны в твердом теле (которое состоит из очень большого количества частиц). Они обнаружили, что зависимость от времени когерентности распада может быть качественно иной. Если система состоит из очень большого количества частиц, взаимодействие между этими частицами может изменить поведение распада, из характерного экспоненциального оно становится гораздо менее интенсивным. Взаимодействия между частицами приводят к минимизации разрушительного влияния окружающей среды.
Этот неожиданный эффект имеет потенциально большое значение для будущих экспериментов и практического применения квантовых состояний.Он может быть использован для защиты целостности квантовой информации. С его открытием моделирование "послушных" квантовых систем стало на шаг ближе к реальности.
Ученые из университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене обнаружили новый эффект, который предполагает защиту квантовых систем от декогеренции (