Nya formler förenklar förståelsen av kvantsammanflätning

Forskare vid Osaka Metropolitan University har nyligen utvecklat nya, enklare formler för att kvantifiera kvantsammanflätning i starkt korrelerade elektronsystem1 4. Detta genombrott kan göra det lättare att förstå ett av kvantmekanikens mest mystiska fenomen, som Einstein en gång beskrev som ”spöklik verkan på avstånd”1 4.

Forskningens genombrott

Forskarteamet, lett av Yunori Nishikawa, fokuserade på lokal kvantsammanflätning mellan enskilda atomer och deras omgivning inom ett starkt korrelerat elektronsystem1. Till skillnad från tidigare studier som främst undersökt universella egenskaper hos kvantsammanflätning i material som uppvisar magnetism eller supraledning, valde forskarna att studera sammanflätningen på atomnivå4.

De härledde formler för att beräkna viktiga kvantinformativa storheter:

Sammanflätningsentropi (som kvantifierar hur sammanflätat ett system är)
Ömsesidig information (som mäter delad information mellan två delar av systemet)
Relativ entropi (som mäter skillnader mellan kvanttillstånd)1 4

Den mest anmärkningsvärda upptäckten var att formeln för sammanflätningsentropi kunde uttryckas på ett överraskande enkelt sätt1:

S=−n↑n↓log⁡n↑n↓−h↑h↓log⁡h↑h↓−n↑h↑log⁡n↑h↑−n↓h↓log⁡n↓h↓S = -n_{\uparrow}n_{\downarrow}\log n_{\uparrow}n_{\downarrow} – h_{\uparrow}h_{\downarrow}\log h_{\uparrow}h_{\downarrow} – n_{\uparrow}h_{\uparrow}\log n_{\uparrow}h_{\uparrow} – n_{\downarrow}h_{\downarrow}\log n_{\downarrow}h_{\downarrow}S=−n↑n↓logn↑n↓−h↑h↓logh↑h↓−n↑h↑logn↑h↑−n↓h↓logn↓h↓

där n↑n_{\uparrow}n↑, n↓n_{\downarrow}n↓ är antalet upp- och ned-spin elektroner och h↑h_{\uparrow}h↑, h↓h_{\downarrow}h↓ är antalet upp- och ned-hål inom målatomen4.

Tillämpningar och upptäckter

För att testa sin metod tillämpade forskarna sina formler på olika materialsystem:

Nanoskaliga konstgjorda magnetiska material ordnade i en linjär kedja
Utspädda magnetiska legeringar1 4

Deras analys avslöjade kontraintuitiva mönster av kvantsammanflätning i de nanoskaliga konstgjorda magnetiska systemen1. I de utspädda magnetiska legeringarna identifierade de framgångsrikt kvantrelativ entropi som en nyckelstorhet för att fånga Kondo-effekten, ett fenomen där en magnetisk förorening skärmas av ledningselektroner1 4.

”Beteendet hos kvantsammanflätning i nanoskaliga konstgjorda magnetiska material trotsade våra initiala förväntningar, vilket öppnar nya vägar för att förstå kvantinteraktioner,” säger Nishikawa1 4.

Betydelse för kvantteknologi

Detta genombrott har betydande implikationer för framtiden inom kvantteknologi. Genom att förenkla beräkningarna av kvantsammanflätning kan forskare nu effektivare studera och manipulera detta fenomen, vilket är avgörande för utvecklingen av:

Kvantdatorer
Kvantkryptografi
Kvantsensorer3

Förmågan att exakt mäta och förstå kvantsammanflätning på atomnivå kan leda till mer stabila och kraftfulla kvantsystem3. Forskarnas formler kan tillämpas på system med olika fysikaliska egenskaper, vilket öppnar dörrar för vidare forskning om kvantbeteenden i olika material1 4.

Studien banar väg för djupare utforskning av kvantsammanflätning som kan driva framsteg inom kvantteknologier och ge nya insikter i ett av naturens mest fascinerande fenomen1 4.

Citations:

Answer from Perplexity: pplx.ai/share

Related Stories

Nya magnetkonfigurationer överträffar klassiska modeller

Astronomer har hittat ”hemadressen” för universums saknade materia

Simulation av neutronstjärnskollision visar jetmotor efter svart hål