|
Квантовый магнетизм и физика черных дыр
|
|
|
|
Группа ученых под руководством физиков из Университета Буффало нашла математическое решение, которое показывает, как фрустрированный квантовый магнит может переходить от сверхмедленного поведения к сверхбыстрому, высокозапутанному поведению, напоминающему поведение черной дыры.
|
|
|
|
Их решение связывает спиновые стекла — состояния вещества, при которых атомные магниты ориентированы в беспорядочном направлении и фактически застывают на месте, — с быстрыми, запутанными состояниями вещества, описываемыми моделью Сачдева — Йе — Китаева (SYK), которая используется для изучения физики черных дыр, квантового хаоса и других экзотических явлений.
|
|
|
|
«По сути, мы нашли математическое решение, описывающее, как материя может переходить из одного из самых медленных состояний квантовой динамики в одно из самых быстрых», — говорит Джамир Марино, доктор философии, доцент кафедры физики Колледжа искусств и наук Университета Буффало и старший автор исследования, результаты которого были опубликованы 17 сентября в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
Марино работал в сотрудничестве с Субиром Сачдевом, доктором философии, профессором физики в Гарвардском университете, который вместе с Цзиньву Йе впервые предложил модель SYK.
|
|
|
|
Первый автор — Хоссейн Хоссейнабади, доктор философии, бывший аспирант лаборатории Марино, а ныне независимый выдающийся постдокторант в Институте физики сложных систем Общества Макса Планка в Германии.
|
|
|
|
|
|
|
От сохранения информации до ее перемешивания
|
|
|
|
В спиновом стекле неупорядоченные магнитные спины крайне медленно реагируют на возмущения, что позволяет информации оставаться «запертой» в течение длительного времени. Это делает спиновые стекла перспективными для применения в технологиях, где необходимо сохранять информацию, а также для решения сложных задач оптимизации, возникающих в сфере искусственного интеллекта.
|
|
|
|
Поведение, описываемое моделью SYK, представляет собой другую крайность. Частицы становятся настолько сильно запутанными, что информация быстро распространяется между ними, или перемешивается, подобно тому, как это происходит в черной дыре.
|
|
|
|
Марино и его команда пытались понять, что происходит со спиновым стеклом при усилении квантовых флуктуаций, особенно при экстремально низких температурах, когда его поведение сложно описать математически.
|
|
|
|
Используя методы квантовой теории поля, основанные на нетрадиционном способе представления спинов, они смогли изучить, что происходит при понижении температуры. К своему удивлению, они обнаружили, что спиновое стекло не просто становится более «замороженным», а может переходить в состояние с высокой степенью запутанности и быстрой динамикой, описываемой моделью SYK.
|
|
|
|
Колебания нарушают упорядоченное расположение спинов, в результате чего частицы становятся настолько сильно запутанными, что теряют свою индивидуальность.
|
|
|
|
«Обычно считается, что при понижении температуры что-то становится еще более замороженным, — говорит Марино. — Но в данном случае квантовые эффекты могут фактически расплавить спиновое стекло и перевести систему из состояния с крайне медленной динамикой в состояние с крайне быстрой динамикой».
|
|
|
|
«Понимание этого перехода и всех промежуточных состояний может в конечном счете помочь лучше контролировать хранение и распространение информации в квантовых технологиях», — добавляет он.
|
|
|
|
Источник
|
