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量子系统通过自组织同步

时间:2021-10-22 09:55:04 来源:

在左侧,摆锤不同步地振荡;在右侧,他们将自己组织成同步振荡。通过量子系统,这种经典同步可以是纠缠的“吸烟枪”。在实验室可以检查这种与Marc Timme和Dirk Witthaut合作的德国意大利合作的预测。

来自MAX Planck Institute的新出版的研究表明,量子系统可以通过自组织同步,无需任何外部控制。

仿佛魔术,看似独立的摆锤可以同时勾选同步。“自我组织同步”经常发生的现象是在自然和工程中发生,是Marc Timme团队在Max Planck动态和自我组织研究所的关键研究领域之一。Göttingen的物理学家是德国 - 意大利合作的一部分,现在在“自然通信”中发表了一个惊人的发现:甚至量子系统可以通过自组织同步,没有任何外部控制。这种同步在量子世界的最奇怪的财产中表现出来。

1665年,荷兰研究员Christianan Huygens(1629-1695)正在研究一个新的船舶时钟。当时,摆锤是本领域的状态,并且特殊形状的摆锤旨在敏感地响应船舶的摇摆。船的时钟尽可能精确地工作是精确确定经度的关键。为了保护,Huygens已经建造了他的两个摆锤进入一个沉重的住房,这被暂停,使得它应该在很大程度上补偿船的摇摆。然后他发现了一个惊人的现象:虽然时钟彼此独立地奔跑,但不受任何外部影响的影响,它们的摆锤在每次重启后大多半小时内在精确的同步旋转。

Huygens甚至被回到后,两个摆锤通过两个时钟的关节悬架中的微小“难以察觉动作”同步。他的猜测是正确的,因为物理学家后来能够向这种振荡系统展示。“即使在没有任何外部影响的情况下,也可以观察到这样的时钟以及许多其他振荡物体,即使在没有任何外部影响的情况下,MAX Planck Tearchitute inGöttingen的动态和自组织研究所的理论物理学家也解释说。教授领导一个研究网络的研究组,例如网络的动态,例如电网的行为。

关节悬浮液导致摆锤同步

在许多系统中,在自然和工程中的许多系统中可以观察到一个频率的自组织同步。前提条件通常是“隐藏的”耦合,正如线钟钟的关节悬架一样。像Timme这样的科学家也称这是一种锁定行为,所有振荡器都涉及与恰好一个频率同步,然后留在其中。这实际上与儿童的波浪悬挂在联合光束上。如果它们从不同的起始位置被推开,它们可以在某个阶段同步到单个频率。

这些实施例不仅限于机械振荡。“同步也发生了许多不同的生物网络,”解释Timme“当神经冲动同步时,例如在大脑中发生的现象。”这种脑波在某些地区的同步对我们思想器官的工作似乎很重要。但它也可以实现太多。“大规模,大脑中大脑波的大规模同步是癫痫的特征,”Timme说。

量子对象同步而无需任何外部影响

所有这些自组织的订购现象都是基于古典非量子世界的基本原理。然而,德国 - 意大利研究协作现在已经发现即使对于纯量子系统而言也发现了同步。该协作由Marc Timme发起,与他的前博士德克维特,同时在ForschungszentrumJülich的独立研究小组中。

概念上新的工作现已在着名的自然通信期刊上发表。在该出版物中,科学家们首次证明包括大量量子物体的隔离系统,例如被捕获在光学晶格中的Bose-Einstein冷凝物的原子,例如,可以以非常相似的方式同步古典物理系统。

在Bose-Einstein凝聚液中,其实验性实现在2001年与诺贝尔物理学中的荣誉荣获,几个原子表现得像单量子物体,近似可以捕获在光学晶格中。这种网格由交叉激光束的电磁电位构成,并且类似于光的蛋盒,其中原子散开。量子颗粒可以在盒子中同步而没有任何外部影响力,这意味着它们同样是自组织的。“这是我们文章的主要新闻,”Timme说。

这些振荡量子系统可以想象为多功能的摆锤时钟。这些时钟通过光束彼此耦合,它们均悬挂。结果,它们的摆锤在一段时间后同步振荡。量子系统通过彼此交互同样地同步。这种自组织过渡到同步集体是与古典物理学的完全对应。

同步量子物体纠缠在一起

但是更多的东西在量子世界中发生了 - 一种集体量子状态形式。该量子状态表示量子力学的不确定性,如此:缠结。彼此缠结的量子系统不再彼此独立地描述。在我们的时钟的示例中,这将大致好像不再可能暗中识别摆锤 - 每个摆锤都包含对所有其他的信息。因此,所有摆锤都会像一个对象一样表现在一起,Quantum物体。“古典同步是”吸烟枪“,形成量子机械纠缠,”德克维特,研究的铅作者说:“这极为令人惊讶。”

这发现将新光投入令人着迷的纠缠现象。几十年来,在许多物理实验室中经常生产纠缠系统。新结果对基础研究不仅重要。现在,现在Quantum信息研究领域一直在使用entantlement作为技术资源,成为未来量子计算机的Quantum计算机或信息的错误传输。

本文由德语 - 意大利协作发布的本文还发表了具体的建议,以如何在实验室中检测到量子集体的自组织同步。因此,它将令人着迷于看到这种现象真正出现的现象以及它如何激发新的研究线。

对于Marc Timme,本文也是有证据表明,不同学科之间的合作在做出这种不寻常的发现方面的证据。他本人是古典自组织系统和同步的动态的专家。他的研究领域被称为“非线性动态”和“网络动态”,前者也被广泛称为“混沌理论”。德克维特对比度来自量子物理学。只有两种物理学学校的强烈合作导致了发现量子世界中的古典同步与量子机械纠缠有关。

“尤为难以特别困难,特别是跨学科项目,因为他们不能被分配到任何传统学科,”Timme说。由于Max Planck社会在长期支持这种跨学科研究,并且在没有预定目标的情况下支持这种跨学科研究,因此才有可能。

出版物:Dirk Witthaut等,“古典同步表示隔离量子系统中的持续纠缠,”自然通信8,物品编号:14829(2017); DOI:10.1038 / ncomms14829


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