Американские учёные представили методику количественной оценки квантовой запутанности в твёрдых телах. Прорыв создает основу для создания нового поколения материалов, в которых квантовые эффекты будут играть ключевую роль в передаче информации, хранении данных и формировании стабильных квантовых состояний. До недавнего времени такие измерения были невозможны, поскольку процессы в кристаллах скрыты от непосредственного наблюдения, а существующие методы не позволяли определить степень коллективного поведения частиц в сложных структурах.
 Взаимодействие двух дискретных частиц может быть связано квантовой запутанностью
Команда под руководством Аллена Ши из Лос-Аламосской Национальной лаборатории разработала способ, основанный на взаимодействии нейтронов с магнитными моментами атомов. На образец направили пучок нейтронов, после чего регистрировали изменяющиеся параметры излучения. Полченные таким образом данные позволили рассчитать квантовую информацию Фишера — величину, отражающую минимальное количество частиц, участвующих в одном квантовом процессе. Этот показатель служит своего рода индикатором неявных корреляций между элементами системы, в том числе тех, которые невозможно определить с помощью отдельных измерений.
Технология была протестирована на нескольких магнитных материалах. В том числе на хорошо изученном кристалле фторида калия-меди(II) KCuF₃. Его структурные особенности давно известные теоретикам позволили сопоставить экспериментальные кривые с результатами расчетов. Сходство оказалось практически полным, что подтвердило точность нового инструмента. Участники проекта отмечают, что ранее такая точность считалась недостижимой для систем с большим количеством взаимодействующих элементов.
Особенно ценной эта методика является благодаря своей независимости от заранее подготовленных моделей. Даже если структура материала не до конца исследована, метод позволяет получить информацию о коллективных квантовых процессах непосредственно в ходе эксперимента. Это делает его универсальным и применимым к широкому спектру материалов, включая образцы с дефектами, неоднородностями и сложной магнитной динамикой. Исследователи отмечают, что такая гибкость открывает путь к поиску материалов, пригодных для применения в квантовых компьютерах, датчиках и устройствах связи.
В ближайшем будущем команда планирует исследовать поведение квантовой запутанности вблизи фазовых переходов. В таких условиях система демонстрирует резкие изменения свойств, а теоретические модели часто дают противоречивые прогнозы. Некоторые расчёты указывают на возможный резкий всплеск коллективных квантовых эффектов по мере приближения системы к критической точке. Экспериментальные данные помогут уточнить эти гипотезы и, может быть, обнаружить новые закономерности, связанные с фундаментальными свойствами материи.
По материалам New Scientist. |
□