Într-o zonă haotică de particule cuantice, cercetătorii au reușit să găsească mișcări care se repetă regulat. Echipa de cercetare, formată din fizicieni din China și Anglia, a conceput și a testat un sistem care identifică și amplifică cele mai durabile dintre aceste fire de potențial cuantic.
Secretul, explică cercetătorii, stă în combinarea conceptelor cuantice cu cele clasice într-un singur ansamblu, în care comportamentele se observă mai ușor. Așa reușesc să treacă de la mecanica cuantică a sistemelor cu puține corpuri la cea, mai complicată, a sistemelor cu multe corpuri. Au acum o imagine actualizată a factorilor care decid dacă fazele cuantice din experiment se schimbă sau rămân la fel.
Haosul nu e întotdeauna ce pare
„Coexistența mișcării regulate cu cea haotică este o trăsătură universală a sistemelor dinamice, de la orbitele planetelor și valurile oceanului până la turbulențe și transportul în materialele complexe”, scriu autorii studiului.
În acest context, haosul arată cât de previzibil e un sistem sau, dimpotrivă, cât de imprevizibil. Ideea apare într-o scenă din Jurassic Park, în care dr. Ian Malcolm (Jeff Goldblum) a picurat sugestiv apă pe mâna întinsă a dr. Ellie Sattler (Laura Dern). Gestul a fost la fel de imprevizibil ca tensiunea romantică dintre cei doi.
Uneori însă haosul e doar aparent. Oamenii din Antichitate ar fi considerat haotice multe fenomene, precum vremea sau germinarea unei semințe, dar astăzi știm că ele pot fi modelate și prezise cu precizie.
Pentru fizicieni, miza e acum și mai mare: printre sistemele haotice se numără și cele din domeniile de vârf ale calculului cuantic și ale rețelelor cuantice. Iar între un sistem cuantic cu puține corpuri și unul cu multe corpuri, complexitatea fizicii face un salt uriaș. Noua cercetare și-a propus să identifice dinamica haosului și a ordinii tocmai într-un sistem cu multe corpuri.
Un circuit răcit aproape de zero absolut
Pentru asta, echipa a folosit un circuit supraconductor, adică o rețea de porți logice răcite până aproape de zero absolut, ca să atingă rezistența zero.
Principiul seamănă cu cel al întrerupătoarelor de lumină: în funcție de poziție, firul care duce curentul spre bec e conectat sau deconectat. Într-un sistem cuantic, logica e controlată de particule aflate în entanglement, atâta timp cât această stare poate fi menținută.
Circuitul cuantic din experiment a fost ales și proiectat pentru că e relativ ușor de observat (după standardele mecanicii cuantice), iar cercetătorii au putut continua să-l măsoare după fiecare scurtă perioadă de activitate.
Fizica clasică împinge sistemul spre ordine
Urmărind cum se modificau în aceste intervale scurte „porțile” aflate în entanglement, cercetătorii au putut să le și regleze, cu ajutorul fizicii clasice. Este o abordare hibridă, scriu ei, care arată cum oscilează un sistem cuantic cu multe corpuri între stări de ordine și de haos. Intervențiile clasice au orientat circuitul către o stare mai ordonată.
„Abordarea noastră ne oferă o modalitate practică de a explora experimental acest peisaj. Pe parcursul unor runde succesive, procesul poate identifica mișcări care se repetă regulat, fără să fie nevoie să specificăm dinainte care este acea mișcare”, a declarat pentru publicația Phys.org Zlatko Papić, autorul principal al studiului.
Rundele despre care vorbește Papić sunt descrise pe larg în versiunea lucrării publicată pe serverul arXiv. Metoda pornește de la o diferență de comportament: mișcările regulate rămân într-o zonă de stări simple, cu entanglement redus, în timp ce mișcarea haotică iese rapid din ea.
La fiecare rundă, circuitul evoluează pentru scurt timp, apoi starea lui e măsurată. Un algoritm clasic de optimizare calculează cea mai apropiată stare simplă, iar circuitul e readus acolo. Fiecare corecție îndepărtează comportamentul specific mișcării haotice, cel care răspândește entanglementul. Prin repetare, ciclul ajunge la o mișcare periodică stabilă, dacă o astfel de mișcare există.
Concluziile echipei diferă de felul, mai simplu, în care un sistem cuantic cu puține corpuri trece de la ordine la haos. Într-un sistem cu multe corpuri, haosul nu acoperă totul: în el rămân mișcări regulate, iar o buclă care alternează pașii cuantici cu cei clasici le poate găsi și întări.
Cercetarea a fost publicată în revista Nature Physics, o revistă cu evaluare inter pares. Rezultatele oferă o teorie definitivă, pe care alte echipe o pot testa și explora în continuare.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Marele Accelerator de Hadroni a găsit dovezi ale materiei din Big Bang în ciocniri surprinzător de mici
Ce se întâmplă cu tensiunea arterială atunci când iei vitamina D
Ce se întâmplă cu tensiunea arterială atunci când consumi pâine cu maia?
Care este cea mai bună oră de culcare pentru o tensiune arterială mai mică, conform specialiștilor
