Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech utilizan annealers cuánticos disponibles comercialmente, un tipo de computadora cuántica, para probar experimentalmente la validez de un mecanismo importante de la física del no equilibrio en sistemas cuánticos abiertos. Los resultados no solo arrojan luz sobre la extensiónde aplicabilidad de este mecanismo y una extensión de él, sino que también muestran cómo los templadores cuánticos pueden servir como plataformas efectivas para simulaciones cuánticas.
Se establece que la materia puede transitar entre diferentes fases cuando se modifican ciertos parámetros, como la temperatura. Aunque las transiciones de fase son comunes como el agua que se convierte en hielo en un congelador, la dinámica que rige estos procesos es muy compleja yun problema prominente en el campo de la física del desequilibrio.
Cuando un sistema pasa por una transición de fase, la materia en la nueva fase tiene muchas "configuraciones" energéticamente iguales posibles para adoptar. En estos casos, diferentes partes del sistema adoptan diferentes configuraciones en regiones llamadas "dominios". Las interfaces entre estos dominiosse conocen como defectos topológicos y reducir el número de estos defectos formados puede ser inmensamente valioso en muchas aplicaciones.
Una estrategia común para reducir los defectos es facilitar que el sistema pase lentamente por la transición de fase. De hecho, según el mecanismo "Kibble-Zurek" KZM, se predice que el número promedio de defectos y el tiempo de conducción de la faseLa transición sigue una ley de potencia universal. Sin embargo, probar experimentalmente el KZM en un sistema cuántico sigue siendo un objetivo codiciado.
en un estudio reciente publicado en Investigación de revisión física , un equipo de científicos dirigido por el profesor emérito Hidetoshi Nishimori del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón, probó la validez del KZM en dos annealers cuánticos disponibles comercialmente, un tipo de computadora cuántica diseñada para resolver problemas complejos de optimización. Estos dispositivos, conocidoscomo annealers D-Wave, pueden recrear sistemas cuánticos controlables y controlar su evolución a lo largo del tiempo, proporcionando un banco de pruebas experimental adecuado para el KZM.
Primero, los científicos verificaron si la "ley de potencia" entre el número promedio de defectos y el tiempo de recocido tiempo de conducción de la transición de fase predicho por el KZM para un sistema magnético cuántico llamado "campo transversal unidimensionalModelo de Ising ". Este modelo representa las orientaciones espines de una larga cadena de" dipolos magnéticos ", donde las regiones homogéneas están separadas por defectos que se ven como espines vecinos que apuntan en direcciones incorrectas.
Si bien la predicción original del KZM con respecto al número promedio de defectos era válida en este sistema, los científicos lo llevaron un paso más allá: aunque esta extensión del KZM originalmente estaba destinada a un sistema cuántico completamente "aislado" que no se veía afectado por parámetros externos, encontraron una buena concordancia entre sus predicciones y sus resultados experimentales incluso en los templados D-Wave, que son sistemas cuánticos "abiertos".
Emocionado por estos resultados, el profesor Nishimori comenta: "Nuestro trabajo proporciona la primera prueba experimental de dinámica crítica universal en un sistema cuántico abierto de muchos cuerpos. También constituye la primera prueba de cierta física más allá del KZM original, proporcionando una fuerte evidencia experimentalque la teoría generalizada se sostiene más allá del régimen de validez teóricamente establecido ".
Este estudio muestra el potencial de los templadores cuánticos para realizar simulaciones de sistemas cuánticos y también ayuda a obtener información sobre otras áreas de la física. En este sentido, el profesor Nishimori afirma: "Nuestros resultados aprovechan los dispositivos de recocido cuántico como plataformas para probar y explorar las fronterasde la física del desequilibrio. Esperamos que nuestro trabajo motive más investigaciones que combinen el recocido cuántico y otros principios universales en la física del no equilibrio ". Con suerte, este estudio también promoverá el uso de templadores cuánticos en la física experimental. Después de todo, a quién no le encantanuevo uso de una herramienta?
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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