Секреты квантового энергообмена: открывая потенциал световых полей

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Квантовая механика — это раздел физики, который занимается изучением частиц и энергии на микроскопическом уровне. В квантовом мире все определяется вероятностями и волновыми характеристиками, что сильно отличает его от классического мира, в котором мы привыкли жить.

Один из основных вопросов, которые интересуют квантовых физиков, это то, как квантовые системы взаимодействуют друг с другом и со своей средой посредством передачи энергии. Это важно не только для понимания фундаментальных законов природы, но и для разработки новых квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры, квантовая криптография и квантовые сенсоры.

Недавно группа ученых из Сингапура и Франции провела уникальное исследование, в котором они теоретически и экспериментально исследовали передачу энергии в двухчастичных квантовых системах, то есть системах, состоящих из двух отдельных квантовых объектов, таких как атомы, фотоны или кубиты. Их результаты были опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters и представляют собой значительный вклад в квантовую оптику и термодинамику.

Два способа передачи энергии

Авторы исследования предложили две новые концепции для описания передачи энергии в двухчастичных квантовых системах: унитарную и корреляционную энергию.

Унитарная энергия — это энергия, которая передается между двумя квантовыми системами в результате действия сил, таких как электромагнитное притяжение или отталкивание. Эта способ передачи энергии сохраняет квантовую когерентность системы, то есть способность находиться в суперпозиции разных состояний.

Корреляционная энергия — это энергия, которая передается между двумя квантовыми системами в результате их запутанности, то есть квантового явления, при котором две системы становятся неразделимо связанными и зависят друг от друга, даже если они находятся на большом расстоянии. Эта способ передачи энергии уменьшает квантовую когерентность системы, но увеличивает ее квантовую информацию.

Авторы показали, что количество унитарной и корреляционной энергии, передаваемой между двумя квантовыми системами, зависит от их начальных состояний, характеристик и взаимодействия. Они также показали, как измерить эти величины с помощью оптических методов.

Два эксперимента

Иллюстрация энергообмена, происходящего во время эксперимента
Иллюстрация энергообмена, происходящего во время эксперимента
Автор: N. Belabas/ I. Maillette de Buy Wenniger/ A. Auffèves/ P. Senellart

Для демонстрации своих идей авторы провели два разных эксперимента, в которых они исследовали передачу энергии в двухчастичных квантовых системах, используя световые поля.

В первом эксперименте они рассмотрели случай спонтанного излучения кубита, представленного квантовой точкой — наноразмерным полупроводником, который может находиться в двух квантовых состояниях: основном и возбужденном. Квантовая точка была помещена в вакуумное состояние, и подвергалась лазерному возбуждению. При этом квантовая точка испускала фотоны в вакуум, теряя энергию.

Авторы измерили, сколько унитарной и корреляционной энергии передалось от квантовой точки к вакуумному состоянию, и обнаружили, что это зависит от начальной квантовой когерентности кубита. Если кубит был изначально в равной суперпозиции основного и возбужденного состояний, то он передавал максимальное количество унитарной энергии, равное половине своей общей энергии. Если же кубит был изначально в инвертированном состоянии, то он передавал только корреляционную энергию.

Во втором эксперименте они рассмотрели случай связывания двух световых полей с помощью делителя пучка — устройства, которое разделяет световой пучок на два. Одно из полей было излучаемым полем от квантовой точки, а другое — эталонным когерентным полем от лазера. Оба поля проходили через делитель пучка и интерферировали друг с другом.

Авторы измерили, сколько унитарной и корреляционной энергии передалось от излучаемого поля к эталонному полю, и обнаружили, что это зависит от чистоты и когерентности излучаемого поля. Чем выше эти параметры, тем больше унитарной энергии передается между полями.

Квантовые перспективы

Это исследование открывает новые горизонты для понимания и контроля передачи энергии в квантовых системах. Оно также имеет потенциальные приложения для квантовых технологий, таких как квантовые вычисления, которые основаны на использовании двухчастичных систем.

Авторы намерены продолжать свои исследования в этом направлении, расширяя свои концепции унитарной и корреляционной энергии на более сложные и реалистичные ситуации. Они также хотят исследовать фундаментальные аспекты квантовой оптики и термодинамики с помощью энергетических и энтропийных инструментов. Например, путем извлечения оптических сигнатур необратимости или, наоборот, обнаружения квантовости поля с энергетическими критериями качества.

1 комментарий

1
Настолько полная чепуха, что даже оторопь берёт.
Ну, не копенгаген, ну, не читали «Основные положения Квантовой Механики» Кемфера.
Проходите мимо, пишите о кошках, пирамидах, железяках

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Рачок на роговице полярной акулы: почему миф о светящейся приманке не выдержал проверки

При осмотре половозрелых особей гренландской полярной акулы в арктических водах биологи фиксируют присутствие веслоногого рачка Ommatokoita elongata на роговице у 84,4% особей, а в выборках у...

Почему проект белорусского электрокара тихо закрыли (и при чём тут Китай)

Несколько лет нам обещали доступный белорусский электромобиль: по выставкам возили концепты Академии наук, а в финале показали электрический кроссовер Belgee EX50. Но громкая история закончилась...

Правда ли, что акулы старше деревьев? Почему в этом известном факте есть подвох на 200 миллионов лет

Утверждение о том, что акулы живут на Земле дольше деревьев, часто встречается в научно-популярных статьях и передачах о природе. История акул действительно насчитывает сотни миллионов лет, и они...

Ровесник Большого взрыва: в центре Млечного Пути нашли звездное скопление возрастом 13,4 миллиарда лет

Один из главных вопросов современной астрофизики — как именно и когда сформировалась наша Галактика, Млечный Путь. Согласно физическим моделям, сборка любой крупной галактики начинается...

Почему водители останавливаются после поворота, хотя основной светофор разрешал проезд, и правильно ли они поступают

На регулируемых перекрёстках нередко складывается ситуация, когда разрешающий сигнал основного светофора позволяет выполнить поворот направо, а сразу после поворота располагается пешеходный...

Почему на советском ЗИЛ-157 водитель специально спускал колёса прямо во время движения

Представьте, что тяжёлый грузовик едет по грунтовой дороге, впереди глубокая грязь или рыхлый снег. Казалось бы, перед таким участком нужно проверить, хорошо ли накачаны колёса. Но...