В исследовании изучается, как свет может отражать поведение квантовых материалов и выявлять скрытые квантовые эффекты.
Квантовая запутанность остается одной из самых странных идей в физике. Две частицы настолько тесно связаны, что изменение одной мгновенно влияет на другую, даже на больших расстояниях. Ученые годами изучали этот эффект в крошечных квантовых системах, но контролировать его в более крупных материалах оказалось гораздо сложнее. Исследователи из Университета Райса считают, что, возможно, нашли способ упростить этот процесс.
Физик Цимяо Си и его коллеги предложили метод, использующий квантовый свет для восстановления квантовой запутанности из квантовых материалов. Эта работа может помочь ученым лучше изучать экзотические материалы, а также поддержать будущие квантовые технологии.
Идея заключается в помещении материалов внутрь небольших зеркальных полостей и облучении их фотонами, или частицами света. При определенных условиях свет и материя начинают вести себя как единая связанная квантовая система.
Вблизи критической точки
В течение многих лет исследователи считали, что для создания этих гибридных состояний необходимо чрезвычайно сильное взаимодействие света и материи. Создание систем, достаточно мощных для достижения этой цели, оставалось сложной задачей.
Команда Си считает, что ответ может заключаться в так называемой квантовой критической точке. Это состояние, при котором материал находится между двумя квантовыми фазами и становится крайне чувствительным к изменениям.
«Согласно этой теории, поместив материю в небольшую зеркальную полость и направив её к так называемой квантовой критической точке, мы можем ввести фотоны и вызвать квантовую запутанность», — сказал Си.
Исследователи могут привести материалы в это состояние, не нагревая их. Вместо этого они могут приложить давление или слегка изменить химическую структуру материала. По мере приближения материала к его квантовой критической точке пороговое значение, необходимое для возникновения квантовой запутанности, резко снижается.
Это облегчает фотонам и материи фиксацию в одном и том же квантовом состоянии. Аспирант-исследователь Имин Ван объяснил, что материал, по сути, находится между двумя различными квантовыми фазами. Только в критической точке он может перейти во вторую фазу.
Свет следует за материей
Теория становится более полезной после образования квантовой запутанности. По словам исследователей, свет и материал начинают отражать поведение друг друга. Если материал меняет квантовые фазы, фотоны также изменяются.
«Если материал, будучи запутанным со светом, достигает квантовой критической точки и переходит во вторую фазу, то и свет перейдет в другую фазу», — сказал соавтор Шоувик Сур.
Эта связь может предоставить физикам более простой способ изучения квантовых материалов. Ученые могли бы наблюдать как за материалом, так и за светом, выходящим из полости, используя существующие экспериментальные инструменты.
Эта работа также опирается на более ранние исследования группы Си, посвященные странным металлам — классу квантовых материалов, известных сильными эффектами запутанности. Исследователи давно рассматривали эти материалы как перспективные для создания передовых квантовых устройств, но извлечение запутанности оставалось сложной задачей.
Это новое предложение предлагает возможное решение. После того как фотоны запутаются с материалом, исследователи смогут извлечь свет из полости и изучать его напрямую.
Команда считает, что этот подход в конечном итоге может поддержать такие технологии, как высокочувствительные квантовые датчики и другие устройства следующего поколения. Исследователям еще необходимы эксперименты для подтверждения теории. Тем не менее, исследование предлагает физикам более четкий путь к управлению квантовой запутанностью в более крупных и практичных системах.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Sourse: interestingengineering.com
