Innsbruck físicos liderada por Rainer Blatt e Peter Zoller experimentalmente ganhou um profundo conhecimento sobre a natureza da transição de fase quântica mecânica.
Eles são os primeiros cientistas que simulava a competição entre os dois processos dinâmicos rivais em um novo tipo de transição entre as duas ordens de mecânica quântica.
"Quando a água ferve, suas moléculas são liberados como vapor. Chamamos isso de mudança de estado físico da matéria uma fase de transição ", explica Sebastian Diehl, do Instituto de Física Teórica da Universidade de Innsbruck.
Junto com seus colegas do Instituto de Física Experimental e teórico Markus Mueller da Universidade Complutense de Madrid, ele estudou a transição entre duas ordens de mecânica quântica de uma forma nunca antes observados.
Os físicos projetar um ambiente clássico, que gera dinâmica dissipativa, levando a fragilidade de longo alcance mecânica quântica correlações entre as partículas distantes. Crédito da foto: IQOQI / Ritsch
Os físicos quânticos em Innsbruck usar um novo dispositivo para o experimento, que atualmente é considerado um dos desenvolvimentos mais promissores na física quântica: um simulador quântico. Ele baseia-se num computador quântico em pequena escala e pode simular fenómenos físicos um computador clássico não pode investigar de forma eficiente.
"Esse simulador quântico que nos permite estudar experimentalmente os fenômenos quânticos em sistemas de muitos corpos que são acoplados ao seu ambiente", explicam os físicos experimental Philipp Schindler e Thomas Monz.
Observando a competição
| Com apenas alguns íons aprisionados os cientistas simular os processos físicos complexos de transições de fase quânticas mecânicas. Para conseguir isso, eles têm de manipular e controlar as partículas com alta precisão, os físicos experimentais em Innsbruck são líderes mundiais nesse campo. "Para este experimento, usamos um simulador quântico programável com até cinco íons", diz Philipp Schindler.Uma das partículas é utilizado como um meio para acoplar o sistema para o ambiente clássica de uma maneira controlada. Os outros íons são utilizados para a realização de operações quânticas. "Chamamos isso de um simulador quântico aberto.Geralmente, deseja suprimir este acoplamento porque ele destrói os efeitos quânticos frágeis no sistema. Aqui, no entanto, podemos usá-lo para trazer ordem para o sistema de mecânica quântica, "explica Schindler. |
"No nosso caso específico, se engendrar um ambiente clássico, que gera dinâmica dissipativas, levando a fragilidade de longo alcance mecânica quântica correlações entre as partículas distantes".
Um ião adicional interage com o sistema quântico e, ao mesmo tempo, estabelece um contacto com o ambiente controlado. Crédito: Harald Ritsch
Na etapa seguinte, esta dinâmica é, então, definida em concorrência com um tipo diferente de interações, que interrompe as dinâmicas que criam a ordem mecânica quântica.
"Ao fazer isso, somos capazes de observar como a competição entre esses dois processos ocorre eo que exatamente ocorre logo na transição entre duas ordens distintas de assunto", explica o físico teórico Sebastian Diehl.
Redução de erros
O ensaio requer um enorme grau de precisão, o que exige correcções de erros imediatas para ser capaz de simular os processos físicos correctamente. Uma vez que a correção de erros abrangente, desenvolvido para os computadores quânticos, envolve despesas consideráveis de recursos, os físicos em Innsbruck escolheu outro caminho alternativo promissor. Eles identificaram as mais importantes fontes de erro que ocorre durante a simulação e dirigida especificamente a eles.
"Esta forma de redução de erros certamente um exemplo para outras experiências. Enquanto a correção de erro quântico geral continua a ser um objetivo de longo prazo, que pode ser capaz de usar com sucesso este tipo de correção de erros muito mais cedo para a simulação quântica confiável de sistemas de grande porte ", acrescenta Markus Müller.
Intercalando teoria com a experiência
Tal estudo experimental da natureza mecânica quântica transições de fase única é internacionalmente. Ela só foi possível porque experimental avançado know-how foi combinado com sucesso com a pesquisa teórica, que foi realizado em estreita colaboração entre físicos de Innsbruck e Madrid.
"Esta ligação entre físicos teóricos e experimentais que trabalham em conjunto, e em Innsbruck sob o mesmo teto, é possível em poucos lugares. Ele também é um dos grandes pontos fortes da pesquisa em física quântica realizados em Innsbruck. E esta pesquisa, mais uma vez, nos levou para uma área da física que não tinha sido explorado antes ", diz Rainer Blatt.
"Nesse experimento da física de sistemas de muitos corpos com sucesso é simulado com alguns íons aprisionados. Isso mostra claramente o potencial e as possibilidades de simulação quantum ", acrescenta Peter Zoller.
Os resultados foram publicados na revista Nature Physics .
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