Suko Waspodo

Menemukan Koherensi dalam Kekacauan Kuantum

Info Terkini | 2022-05-28 12:27:56

Terobosan teoretis dalam memahami kekacauan kuantum dapat membuka jalan baru untuk meneliti informasi kuantum dan komputasi kuantum, fisika banyak benda, lubang hitam, dan kuantum yang masih sulit dipahami ke transisi klasik.

"Dengan menerapkan keuntungan dan kerugian energi yang seimbang ke sistem kuantum terbuka, kami menemukan cara untuk mengatasi batasan yang sebelumnya dipegang yang mengasumsikan interaksi dengan lingkungan sekitarnya akan mengurangi kekacauan kuantum," kata Avadh Saxena, fisikawan teoretis di Los Alamos National Laboratory dan anggota tim yang menerbitkan makalah tentang kekacauan kuantum di Physical Review Letters. "Penemuan ini menunjukkan arah baru dalam mempelajari simulasi kuantum dan teori informasi kuantum."

Kekacauan kuantum berbeda dengan teori chaos fisika klasik. Yang terakhir berusaha untuk memahami pola dan sistem deterministik, atau non-acak, yang sangat sensitif terhadap kondisi awal. Apa yang disebut efek kupu-kupu adalah contoh yang paling umum, di mana kepakan sayap kupu-kupu di Texas dapat, melalui rantai sebab dan akibat yang sangat rumit tetapi tidak acak, menyebabkan tornado di Kansas.

Di sisi lain, kekacauan kuantum menggambarkan sistem dinamis klasik yang kacau dalam hal teori kuantum. Kekacauan kuantum bertanggung jawab atas pengacakan informasi yang terjadi dalam sistem yang kompleks seperti lubang hitam. Ini mengungkapkan dirinya dalam spektrum energi sistem, dalam bentuk korelasi antara mode dan frekuensi karakteristiknya.

Telah diyakini bahwa ketika sistem kuantum kehilangan koherensi, atau "kuantitasnya", dengan menghubungkan ke lingkungan di luar sistem - yang disebut transisi kuantum ke klasik - tanda-tanda kekacauan kuantum ditekan. Itu berarti mereka tidak dapat dieksploitasi sebagai informasi kuantum atau sebagai keadaan yang dapat dimanipulasi.

Ternyata itu tidak sepenuhnya benar. Saxena, fisikawan Universitas Luksemburg Aurelia Chenu dan Adolfo del Campo, dan kolaborator menemukan bahwa tanda tangan dinamis dari kekacauan kuantum sebenarnya ditingkatkan, tidak ditekan, dalam beberapa kasus.

"Pekerjaan kami menantang harapan bahwa dekoherensi umumnya menekan kekacauan kuantum," kata Saxena.

Nilai energi dalam spektrum sistem kuantum sebelumnya dianggap bilangan kompleks -- yaitu, bilangan dengan komponen bilangan imajiner -- dan dengan demikian tidak berguna dalam pengaturan eksperimental. Tetapi dengan menambahkan keuntungan dan kerugian energi pada titik-titik simetris dalam sistem, tim peneliti menemukan nilai nyata untuk spektrum energi, asalkan kekuatan keuntungan atau kerugian berada di bawah nilai kritis.

"Pendapatan dan kehilangan energi yang seimbang menyediakan mekanisme fisik untuk mewujudkan di laboratorium jenis penyaringan spektral energi yang telah ada di mana-mana dalam studi teoritis dan numerik dari sistem kuantum banyak tubuh yang kompleks," kata del Campo. "Secara khusus, perolehan dan kehilangan energi yang seimbang dalam penghilangan energi mengarah ke filter spektral yang optimal. Dengan demikian, seseorang dapat memanfaatkan perolehan dan kehilangan energi yang seimbang sebagai alat eksperimental tidak hanya untuk menyelidiki kekacauan kuantum tetapi untuk mempelajari sistem kuantum banyak tubuh secara umum."

Dengan mengubah dekoherensi, Saxena dan del Campo menjelaskan, filter memungkinkan kontrol distribusi energi yang lebih baik dalam sistem. Itu bisa berguna dalam informasi kuantum, misalnya.

"Dekoherensi membatasi komputasi kuantum, jadi karena meningkatnya kekacauan kuantum mengurangi dekoherensi, Anda dapat terus menghitung lebih lama," kata Saxena.

Makalah tim dibangun di atas karya teoretis sebelumnya oleh Carl Bender (dari Universitas Washington di St. Louis dan mantan sarjana Ulam di Los Alamos) dan Stefan Boettcher (sebelumnya dari Los Alamos dan sekarang di Universitas Emory). Mereka menemukan bahwa, bertentangan dengan paradigma yang diterima dari awal abad kedua puluh, beberapa sistem kuantum menghasilkan energi nyata di bawah simetri tertentu meskipun Hamiltonian mereka bukan Hermitian, yang berarti memenuhi hubungan matematis tertentu. Secara umum, sistem seperti ini dikenal sebagai Hamiltonian non-Hermitian. Hamiltonian mendefinisikan energi sistem.

"Pemahaman yang berlaku adalah bahwa dekoherensi menekan kekacauan kuantum untuk sistem Hermitian, dengan nilai energi nyata," kata Saxena. "Jadi kami berpikir, bagaimana jika kami mengambil sistem non-Hermitian?"

Makalah penelitian mempelajari contoh memompa energi ke pemandu gelombang pada titik tertentu -- itulah keuntungannya -- kemudian memompa energi keluar lagi -- kerugiannya -- secara simetris. Pemandu gelombang adalah sistem terbuka, mampu bertukar energi dengan lingkungan. Alih-alih menyebabkan dekoherensi, mereka menemukan, proses dan interaksi meningkatkan koherensi dan kekacauan kuantum.

(Materials provided by DOE/Los Alamos National Laboratory)

***

Solo, Sabtu, 28 Mei 2022. 12:20 pm

'salam hangat penuh cinta'

Suko Waspodo

suka idea

antologi puisi suko