Секреты квантового энергообмена: открывая потенциал световых полей

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

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
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

Не только брезгливость: Могут ли неприятные запахи нам навредить?

Представьте ситуацию: вы предвкушаете долгожданный ужин, аромат свежеприготовленной лапши щекочет ноздри… И тут ваш четвероногий друг решает внести свои «ароматные» коррективы в идиллию,...

Правда ли, что на Луне есть каньоны, созданные за минуты? Как астероид создал лунные аналоги Большого Каньона

Луна, наш молчаливый спутник, не перестает преподносить сюрпризы. Недавние исследования раскрыли удивительную историю двух гигантских каньонов, протянувшихся от места колоссального удара в районе...

Непризнанный предок человека, перевернувший представление об эволюции: столетие открытия Таунгского ребенка

Обнаружение ископаемого черепа, известного как «Таунгский ребенок», в 1924 году стало поворотным моментом в истории палеоантропологии. Найденный в известняковом карьере в Южной Африке и описанный...

Как в русских избах без использования сложнейших технологий удавалось сделать тёплые полы

Холодный пол в многоквартирном доме-знакомая проблема для жителей нижних этажей, особенно если подвал неотапливаемый. Даже ковры и тёплые носки не всегда спасают от леденящего холода, проникающего...

Как мы собственноручно обучаем искусственный интеллект

Вы когда-нибудь задумывались, почему интернет-сервисы просят вас подтвердить, что вы не робот? Почему вам приходится выбирать все изображения с пешеходными переходами, автобусами или дорожными...

Как создавать контент для соцсетей с помощью ИИ: бесплатные инструменты для визуалов и видео

Создание контента для социальных сетей — это не только творческий процесс, но и постоянная гонка за временем. Каждый день нужно придумывать что-то новое, чтобы удержать внимание...